地球科學科

空氣汙染議題，在近兩年吵得沸沸揚揚，關心空氣品質的情形是否又紫爆，似乎已成為臺灣人們的全民運動，中、南部的空氣品質較差，與火力發電廠相關性確實很高，季節與風的吹向，也影響臺灣空氣汙染濃度的變化，冬天只要境外汙染濃度偏高，東北季風的來臨，就會將汙染物帶到臺灣來，濕度也是影響汙染物濃度的原因之一，夏天的濕度比冬天的高，大量的水氣、雨量，可以把較多的汙染物給沖洗掉；溫度與氣壓也有微妙的關係變化：氣溫愈高，氣壓愈低；氣溫愈低，氣壓愈高。高氣壓不易降雨，讓冬天產生很多的汙染物；低氣壓容易降雨，夏天的汙染物，呈現濃度較低的情形，就診人數因科技發達，延緩人類罹病、致死，但PM2.5相關疾病死亡率正逐年提升中。

污泥對土城可能造成的影響可從三方面來看：(l)它可能改良上壤之物理性質和增進某些土壤養分（主要是氮素）的 供應能力，(2)它可能消耗土壤中很重要的氧氣血造成有害的嫌氣環境，(3)它在土中分解，其分解產物可能污染地下水。為了使其有益的效果彰顯，有害的影響減少，我們必 須對污泥有機質在土壤中的分解有相當的了解，才能設計出有效的汙泥施用方法。

主要利用自製的“天體定位儀”來詳細探討月亮、太陽及地球之間的位置及軌道關係，並藉由三度空間模型的製作來進一步了解其中的奧妙。首先利用天體定位儀 (共研發出四代，見圖 1) 來量測月亮及太陽各自與北極的夾角在 1 年內的變化，經數據分析發現：一、 這個變化很像 sin 函數。二、 月亮與北極的夾角發生極大值的農曆日數，每月平均提早約 2.26 日。三、 白道面與赤道軸的夾角約為 63.5 度，黃道面與赤道軸的夾角約為 66.5度。四、 白道面與黃道面之間的夾角約為 5 度。這正是日蝕及月蝕不常發生的主要原因。五、 天體在地平線上的時間(分) = 1080 分－４(分/度) x 天體與北極夾角(度)。我們用幾何定理證明了這個觀測到的關係式，且配合天體定位儀可準確預測任何可見天體升上及落下地平線的時間。最後製作月亮、太陽及地球的 3D 軌道模型。過程中遭遇並解決了各種數學及天文難題，使我們對這個行星系統有了更深一層的認識。

本研究探討閃電的發生與環境變因的關係，主要可以分成兩個部分：第一部份我們先分析各地的落雷閃電發生次數，比較不同季節、地形、地理位置及不同天氣狀況，例如冬季冷鋒過境時的鋒面雨、春末夏初5月到6月的梅雨季、夏季8月西南氣流強降雨事件中的閃電次數，並依當時環境因素進行推測。第二部分，我們進行有關閃電的模擬實驗，在封閉的保溫玻璃箱中試著改變不同的溫度和濕度，對實驗的結果進行討論、分析，找出影響閃電發生的環境因素。

我們先從梳子壩的認識與華山探勘著手，實察地質、梳子壩防治工法與嵙角溪野溪 (第一部分)。模擬土石流研究梳子壩在不同水量及砂量的透石、砂效果(實驗一、二)，發現梳子壩後方的砂不易透出(實驗三)。接著我們模擬已淤積砂和石的壩體持續沖水，加入粒徑較大的碎石，透砂率明顯降低，找到了梳子壩輸砂的盲點，並推理縫隙模型(實驗四)。為了降淤，我們追加模擬鋼管壩實驗，以相同條件沖水與降壩體，發現鋼管壩抵擋土石流，後續可讓淤積的壩體透砂透石，實驗數據顯示比對梳子壩效果好太多；另外藉著降低壩體運作模式，結果能清空壩前土石。期待真實防治工法也能多採取此模式，讓整治的溪流自然降淤高，恢復到流暢的野溪型態(實驗五)。

尖山是位於學校附近的小山丘，那裡空氣好、風景美，吸許多的人前來爬山、賞景、健身，因此登山步道也就愈來愈多。在學校的鄉土教學中，我們在尖山看見許多的事物，包括動物、植物、地質、遊客，也看到許多的步道，在這些步道中有些沖刷痕跡，尤其在較陡的山坡，沖刷痕跡特別明顯(較深的蝕溝有達到 30公分左右，較淺的有 5公分左右)。心裡在想，坡度要多陡時沖刷才算嚴重。於是我們針對尖山地質設計一套實驗儀器，來了解坡度與地表逕流水沖刷量之間的關係。\r

在一次的城鄉交流活動，我們發現二寮景觀區是非常有價值的戶外地質教室，這裡有許多海相生物化石遺跡，其他還有波痕及犬牙交錯的沈積構造等，它們都是過去濱海環境的重要證據。在所有古生物當中，扇貝是新化丘陵的優勢種，分佈範圍遼闊，二寮地區向北延伸的扇貝密集層可以到達左鎮牛稠內及過嶺附近，向南可以到達龍崎鄉的石槽村一帶，多數密集層位在半面山的緩坡面，分佈位置不受海拔高度影響，推斷是地層不等量抬升的結果。研究中還意外發現單體珊瑚與蟹守螺共生的奇特現象，是生物生存的重要法寶之一，其他還有石膏礦物、有孔蟲及坡地災害問題等，值得大家再深入研究。

每年冬春之交，嘉義地區經常發生輻射霧，為了了解濃霧的成因，我們透過嘉義氣象站的協助，取得 1998?2002 年的相關氣象資料。經過近一年來的統計和分析，並和老師、氣象站人員、中央大學教授討論研究，發現以下事實：一、輻射霧要產生時的現象，通常氣溫和氣溫露點差會下降，風力會較微弱，相對溼度也會增加。二、當能見度越低時，氣溫露點差也越低，相對溼度越高。三、隔日清晨有霧的夜晚和有霧的清晨，其平均氣溫皆較無霧時高。四、在同氣溫下，有霧時的水汽壓較無霧時為高。五、利用每日２０和２３時的氣溫和相對溼度(或氣溫露點差)，可以用來預測隔日清晨是否有霧。只要相對溼度持續上升和氣溫露點差持續下降，隔日清晨有霧的機率較高。

一、 花嶼火山島岩脈的數量非常多，我們共調查出 68 條岩脈，依種類分有石英安山岩質岩脈共 47 條，流紋岩質岩脈共 20 條，玄武岩質岩脈僅１條。二、 不同的岩脈因組成礦物、顏色、抗風化力、熱接觸反應緣的不同，而容易辨認。三、 根據穿切定律法則，花嶼島岩脈活動的時間，依序為石英安山岩質岩脈、流紋岩質岩脈、玄武岩質岩脈。四、 花嶼的岩脈，常突起於陸地或海岸邊，而且大部份伸入海中。岩脈之間也有相互穿切 現象，形成如人造石牆的結構。因此，在東吉海域發現的疑似古石牆遺蹟，我們認為應是自然形成的岩脈地形。

我常常在電視科學節目上，看見介紹岩石、地層的影片。我也曾在阿里山公路看見許多岩層，一層一層的，既美麗又奇妙。那時我對這些東西產生了興趣。再想起去年上過自然科學第七單元「地層」這一課，雖然課本提過地層是由於沉積在海底的泥沙，經過長時間的堆積，擠壓隆起後形成一層層的地層，但是我還是一知半解，於是就利用下課去問老師，經過老師的講解後，我對岩層的興趣更濃厚，回家後找了一些同學，請老師指導，一起展開這個研究阿里山公路沿線地層的調查工作。