全國中小學科展

生物及地球科學科

風殺竹塹--新竹市沙塵暴的探討

新竹以東北季風名聞台灣。近幾年我們發現這美麗的風城一到十月份頭前溪河床上的沙被強勁的季風吹入新竹市,讓新竹壟罩在宛如小型沙塵暴的漫天風沙中,這景象令人擔憂。經過我們研究先以吸管束成風洞裝置,風扇為風源模擬河邊自然風的實驗發現 2cm 長的吸管便可達到風洞效果使風保持平穩,在控制風角度的實驗中以 40 度的風向最符合我們發現溪邊的沙丘角度。在沙量的實驗,我們改變風速,發現地表風速在 2.5m/s 以上,表面的沙子會飛走。定沙實驗以覆蓋洗衣網的效果最佳,能定住 92.2%。防風牆 1/2 圓弧具較佳的定沙效果,一層則可定住 88%的沙,3 層即可達到幾乎百分之百定沙。另外一層柵欄與風向的角度約 60 度與沙面的角度約 135 度可定住 54.5%的沙。在撒水的實驗中只要 0.5%的水就可以定住 70%的沙子,推測水的定沙原理不是靠水的重量是因水的存在增加沙粒間的吸引力。最後,我們實地觀察測量提出沙塵暴的防治可分三方面進行:一、頭前溪左岸應以定沙管理為主;高灘地或民眾休憩的河濱公園的開發應設在右岸。二、定沙管理分兩部份:一是有條件開放農民種植低污染的農業如牧草,一是計畫性的設置定沙柵及定沙牆與覆蓋沙面。三、採砂與運送要利用科學方法:加裝噴霧器噴水或密閉式運送,可節省可觀的砂石與降低環境的汙染。

風起「潮」湧-以東石測站為例探討暴潮和颱風的關係

台灣地區常受颱風暴潮災害,本研究以嘉義東石潮位測站潮位資料及中央氣象局氣象資料來分析暴潮和颱風的關係,採用 2000 年至 2006 年間有發佈颱風警報月份的資料進行處理,將颱風路徑進行區分後,利用逐步迴歸與逐時剖面分析,得到暴潮和氣象因素的關係,並得到二點結論:一、不同路徑的颱風對東石測站發生暴潮機率有明顯的差異,其中沿台灣海峽北上的颱風路徑對研究地區影響最大且暴潮強度強,而由東向西穿越台灣中部進入台灣海峽的颱風影響居次。二、由颱風及測站氣象因素和暴潮的關連性,能大致掌握暴潮發生的強度及可能發生的時間,達到暴潮預測的成效。

山棘蟻的敵我意識

在研究期間,觀察到台灣特有的山棘蟻在辨認敵我的方式與一般螞蟻不同。牠們雖然也會以氣味來辨識同窩的山棘蟻,進而接受牠們回巢,更發現牠們還會利用視覺去辨別敵我:如果入侵螞蟻的體型非常小,山棘蟻就會放過敵蟻;如果體型較大一些但仍然比山棘蟻小,牠們會馬上前去撕咬敵蟻;而跟山棘蟻體型差不多大小的,牠們會以威嚇來驅離;而體型較牠們大的,山棘蟻會趕緊逃跑。一般人對螞蟻的認知是兵蟻和工蟻最有攻擊性,但我發覺處女蟻后攻擊性比工蟻強得多;不過,山棘蟻的攻擊方式也非常特別,如果山棘蟻跟敵蟻糾纏在一起,山棘蟻會捲起來,咬住對方的觸角或六隻腳;還有牠們是少數會利用工具的螞蟻,會趁敵蟻喝水時壓住敵蟻的頭部,使之溺死;另外在此次觀察中,還發現山棘蟻會被八角和酒精的氣味殺死,而且沾上酒精痙攣死亡後,還會傳染給其他螞蟻,這也許是防止螞蟻群落擴大的好方法。

我不是吸血鬼-----臺灣特有種:臺灣大蚊的生態研究

一般人看到蚊子的反應常是「啪--乎伊係(給他死)」。但雙翅目中有一種很像蚊子的「大蚊」,不但不吸血,還有各式美麗的外貌。希望透過本研究,讓大家瞭解「臺灣大蚊」的生活型態,也讓大家能欣賞這種美麗的動物。本研究的主要內容有:1. 觀察臺灣大蚊的外型及紀錄生命週期。2. 調查汐止大尖山風景區附近臺灣大蚊的分布高度與成蟲出現時節。3. 臺灣大蚊重要器官與習性的觀察探討。

能不能留住你─月世界泥岩風化侵蝕研究

本研究發現:水是地表風化侵蝕的主力,太陽(熱)、空氣其次。乾季,脊邊坡偶見以\r 土指為單位風化崩落,脊坡及蝕溝的風化不明顯。雨時,雨水點濺或水化時,合併表面沖溶,\r 以土指為單位沖擊。\r 實測發現:雨時,蝕溝沖蝕量大於脊邊坡的沖蝕。蝕溝的沖蝕量,在山坡中上段最大。\r 豪大雨時,下段會形成沖積扇。脊坡的沖蝕量最小,豪大雨時有時以較大泥塊崩落。向南脊\r 邊坡,乾季偶見以「泥裂」、「土指」為單位風化崩落。向北坡,乾時更少見風化崩落,雨季\r 沖刷較南坡大。邊坡坡度近50 度有較大的沖蝕力。\r 泥岩侵蝕,由「雨水的衝力」、「泥岩表面的坡度」及「泥岩的風化」交互作用。將來我\r 們朝「雨水的強度」、「雨量的密度」方向繼續再作定量研究。

「蜆」然不是蓋的--台灣蜆淨化水質的研究

台灣蜆,學名Corbicula fluminea 本實驗針對台灣蜆淨化機制和環境因子對淨化能力分析。\r 我們由探討台灣蜆因數量多寡、時間長短的影響,到更深入研究,從明暗、溫度、酸鹼探討\r 台灣蜆淨水功效,更把它導入生態應用。\r 針對台灣蜆與濁度的淨化關係,以定量水和沙調配。淨化後濁度測量以自製太陽能光電\r 箱來檢測,依據水中雜質多寡影響太陽能板吸電量,來分析淨水前後濁度的改變,具有原創\r 性及一般簡易測法難以達到的精準度。實驗顯示,數量與時間皆使淨化效率成長;明暗度對\r 台灣蜆淨化能力影響幅度較低;溫度、酸鹼實驗是在15℃到25℃、pH7的環境下效果最好,\r 皆應證台灣蜆在符合其生存環境淨化能力最佳。生態應用以工業、家庭廢水來導入,而結果\r 也指出對其皆有淨化作用,尤其在工業廢水方面更是明顯。

掌握幸運-南國田字草的形態生理與睡眠運動之研究

南國田字草是一種浮葉性的水生蕨類,匍匐莖細長,橫臥在水中泥土或濕潤土壤裡,葉四枚對生於葉柄頂端,依生長環境不同,可分為水生葉及陸生葉,水生葉又分沉水葉、浮水葉及挺水葉三種。孢子囊群聚集特化成堅硬的孢子囊果,長於葉柄基部,孢子有大、小孢子兩型。四種葉形在氣孔分布密度上有相當的差異,澱粉含量以沉水葉最少。南國田字草陸生葉隨著晝夜交替,具有週期性的睡眠運動,每天葉片開啟的最大角度和閉合時間有一定的時間範圍。黑暗期受光照干擾或連續照光、日夜顛倒,皆影響葉片的開閉時間與速率。

家鄉的河

我們的家附近都有一條美麗河川,為了讓河川永遠美麗,水源源源不斷,後代子孫能以美麗的河川為傲,我們長期利用的水質檢測活動,為家鄉的河川定期做健康檢查及研究,希望做為保護它的重要依據!尖石鄉有七個村莊及 28 個原住民部落,水質代表著家鄉的環境品質,環境保護工作做得好,河川水質自然變好。長期的水質檢測可以讓我們瞭解家鄉的河川及其環境變化,並隨時做好防治污染的因應措施。研究發現,水質長期偏弱酸性,主要與天氣有關,尤其冬天下雨過後酸性變強;山上的溪水水質清澈,濁度低,有時連機器都測不出濁度來(數字呈現 0.0,機器靈敏度不足),但大雨後濁度上升很多,可見水土保持要多加強;尖石山上地勢落差大、水流急,流水所測到的溶氧飽和度高,有時甚至可測到超過 100﹪的情況;夏天氣溫比水溫高,到了冬天寒流來,水溫反而比氣溫高,使溪中魚蝦得以存活。

酸雨腐石

本研究以電子天平、電導度計、PH 儀、鹽分計等儀器,來研究由不同地區所取得的雨水,對於不同建材(石版、紅磚頭、大理石、瓷磚)的腐蝕程度、鐵金屬片的氧化效果,及不同金屬片在不同的食用鹽溶液、不同重量百分濃度,所組成的反應系統之金屬氧化反應及電化學性質。依據所測得的數據,得知以下的結果:各地區雨水的 PH 值以仁武地區最小並達到酸雨標準,其電導度最大,也是最容易造成建材腐蝕及金屬氧化。我們發現建材對於酸雨的抗腐蝕性依序為 瓷磚>紅磚頭>石版>大理石不同食用鹽中,就金屬氧化程度而言,不同金屬中以鐵金屬最大,鋅金屬次之,鋁金屬第三,而銅金屬最小;以加速金屬氧化程度而言,高級精鹽最快,美味鹽次之,無碘鹽第三,而低鈉鹽最慢。

校園中的忍者泡泡蟬-嗜菊短頭脊沫蟬的研究

嗜菊短頭脊沫蟬是在台灣分佈很廣且在我們校園中常見的昆蟲,因有很好的偽裝常常被忽略,我們希望這個研究讓大家認識『嗜菊短頭脊沫蟬』,及他們適應環境的方式。嗜菊短頭脊沫蟬屬植食性昆蟲,利用刺吸式口器吸食植物汁液,在本校主要寄主植物是過江藤(多年生的匍匐性草本植物),整個生活週期歷經卵、若蟲、成蟲屬於不完全變態昆蟲,沫蟬若蟲會以泡沫包裹全身用以防禦敵人,泡沫的位置分佈和齡別有關,調查泡沫分佈位置和植物莖的寬度也呈現負相關,研究發現過江藤植物莖的木質部和樹皮的距離呈現越往下距離越長,所以本種昆蟲若蟲隨齡別增長而有逐步分散至附近植物莖的基部取食的現象,與若蟲喙部隨齡期增長有關。沫蟬的泡沫具有防禦的功能,利用泡沫的黏性使昆蟲掉落其中,無法行動但不會立即死亡,進行生物觀察實驗時我們可以利用這種黏性特性固定昆蟲進行觀察。