全國中小學科展

地球科學科

隱形殺手—埋伏在空氣中的有毒微粒

空氣中的污染物是由煙塵、二氧化硫、碳氧化物、氮氧化物、碳氫化合物等所組成,藉著大氣圈、水圈、岩石圈、生物圈的交互作用,循環移動,還會隨著空氣熱對流產生上升、下沉及移動的狀況。 雨季時,空氣污染物會隨著雨水沉降至地面,導致空氣品質良好;乾季時,降雨量少,污染物不易沉降,則空氣品質差。白天溫度高、熱對流旺盛,空氣污染物易上升,地表污染物少,晚上,氣溫降低,冷空氣下降,有害物質也跟著下沉,則空氣品質差。 近年埔里因降雨量少,懸浮微粒不易沉降至地面,再加上盆地地形,污染物不易逸散,導致空氣品質越來越糟。所以,在現今空氣污染嚴重的時代,外出的最佳時機,就是在下雨後或是下午2點到4點間。

「泉」變了!? - 礁溪溫泉泉溫的時空變化初探

我們想要透過查閱、分析礁溪溫泉區監測井資料,探討礁溪溫泉泉溫在時間、空間上的變化。從監測井資料分析的結果,我們發現:淺部溫泉隨著深度增加,溫度也跟著升高,以停車場監測井溫度變化最大,高達8.5度;而大忠路的溫度變化則最小,僅有3.08度。而深部溫泉的溫度,則幾乎保持不變。在本研究分析的六口監測井中,最高溫出現在位於溫泉核心區的香檳井,最低溫則是位於溫泉區邊緣的大忠路井。從幾次點井開發後,六個溫泉井的水位均明顯下降,同時也造成四個溫泉井淺部的水溫下降。最後,我們也發現,奇立丹、溫泉公園的泉溫出現長期下降的趨勢。

纜纜升起 震震有辭-地震與纜車的邂逅

本研究主要探討纜車在地震時的晃動情形,並嘗試設計抗震裝置。研究結果如下:一、纜車車廂重量較輕者,位置越近塔柱晃動時間越短,但是晃動幅度較大;重量較重者,位置越靠近塔柱晃動時間越長,晃動幅度較小。二、纜車個數越多時,從晃動開始到結束時晃動時間有縮短趨勢。三、纜繩上揚角度須維持適當,以減少纜車於地震時晃動時間。四、塔柱高度過高或過矮,晃動時間較長。五、纜車重量不同,在水平震動和垂直震動時,晃動時間皆有峰值出現。六、抗震設計的部分目前認為於纜車加裝吸震彈簧是較為可行的方案,也是未來值得我們繼續研究的部分。

貓眼玉穿—史前玉器鑽孔材料研究

三千多年前在尚未有鐵器的輔助下,臺灣史前玉匠是使用那些鑽孔材料將玉石鑽製成精美玉器的呢?研究者透過地緣關係至史前玉作坊---花蓮支亞干遺址進行田野調查,在採集部份植物與礦物後,委託切玉師傅切磨成鑽棒,再運用電動鑽具輔助,逐一進行鑽孔實驗,以了解其鑽玉效果;並透過顯微觀察了解其構造特性,以尋找史前最佳鑽孔材料。 實驗發現,貓眼閃玉、紫玉髓及臘光閃玉可鑽穿臺灣閃玉。而且貓眼閃玉的鑽孔效率明顯比紫玉髓及臘光閃玉好;貓眼玉製作成的鑽棒在鑽玉過程的耗損程度也比兩者低。 透過光學顯微鏡觀察礦物內部的結構,發現貓眼玉礦內部由交錯的結晶纖維聚合而成,是否因此分散外力,並減緩鑽棒的耗損與衝擊,值得進一步探究。

往事重「堤」看頭城—突堤效應

突堤效應是指人工建構物突出於海岸,延伸而出,阻擋原先海流和海岸積沙的路徑,造成沙子在上游堆積,而下游原先有沙岸的地區則因為沙子量逐漸減少,侵蝕大於堆積,逐漸出現海岸遭受破壞。突堤效應會造成壩前堆積、壩後侵蝕的情況。因為突堤效應造成的結果,頭城海濱森林公園(原頭城海水浴場),在這十多年中,原本的沙灘現在已完全被海水覆蓋。 本校位於頭城海濱森林公園附近,看到頭城海濱森林公園的海沙在烏石港建後己經流失不見,希望藉由實驗瞭解突堤效應,並希望在實驗後對頭城海濱森林公園的突堤效應提出建議。

當海浪遇上陸地-各式堤防對海岸流沙量的影響

我們以新竹外海的新月沙灣作為研究對象,實地勘查測量沙灣地形,並將其測量數值縮小為89倍,作為實驗的場地大小。我們選用不同種類的堤防,如:消波塊、離岸堤及蛇籠等,並以不同的排列方式進行流沙量測量。我們發現以消波塊一字型排法的流沙量最少,複合式排法(消波塊+蛇籠)與蛇籠八字型排法所造成的流沙量次之。 消波塊具有消波之效果,但長時間使用的情況下,反而會有加速海岸沙量掏空之問題,反之,蛇籠由於富於撓曲性,當海水將沙岸刷深時,蛇籠憑藉其本身的重量而自動變位下沈,可達到防止水流沖刷淘深沙岸之目的。考量此兩點敘述,可改用蛇籠八字型取代單純只使用消波塊的方法。

致命的吸引力-臺灣地震與月亮仰角及潮汐之相關性研究

本組以中央氣象局地歷年芮氏3以上地震做中、強度地震發生時間點分析月亮仰角及潮汐。月亮仰角以上升月仰角30度內最多占16%。潮汐:強震發生在乾、滿潮及漲潮2-4時內在26-27%強。故強震受潮汐影響,53%發生在漲潮2-4時內,是受月球引力作用力及反作用力影響,在滿、乾潮發生時引力造成板塊推擠拉扯引發地震機率大。 近年強震較過去108年增近2倍。以民99年最多,98年和101年的總地震超過750次,中級地震「月沒到3時」達16%,與海平面上升引力相關性堪究。民98年近日點與遠日點地震合計48%,在近日點與遠日點地震機率高,推測近日點是月球和太陽引力交互作用;遠日點受月球引力相對變大,雖減萬有引力但月球引力及潮汐影響相對較太陽大。

消失的月世界

位於澎湖最南端的島嶼-七美,在這座美麗的火成岩小島上,有著豐富多樣性的景觀,也孕育了許多不同的土壤類型,為了讓我們更了解自己的鄉土,所以選擇觀察頂隙惡地-月世界景觀逐漸縮小的情況,探討這片土壤的性質差異,讓我們對於這塊令人驚豔的惡地地形的外觀、含空氣量、密度差異、保滲水性、溶液酸鹼度等,有更深入的認識,也進一步體會到它不只是腳下的一塊土,更是故鄉重要的資產。

「熱島」往藍海之路

研究了解熱島效應因素,並實地調查校園不同場域的溫度變化,提出冷卻熱島效應策略。結果如下: 一、都市熱島效應是全球暖化重要一環,冷卻策略包含反照表面、綠化、透水鋪面等。 二、白色、淺色及光滑表面具有較高的反照率,有助於減少陽光輻射熱吸收。 三、綠化屋頂的草皮與濕潤裸土都有冷卻「都市熱島效應」的效果,草皮的效果能維持較長的時間。 四、人工草皮的塑膠材質在陽光下會助長溫度上升。屋頂水池有助於減少溫度升高,應考量額外供水供電。 五、陽光下,學校露天平面溫度上升最少的是操場草皮、光滑淺色牆磚及透水磚;紅色的PU跑道與黑色橡膠地墊溫度上升最多。 六、高雄市的溫度分布圖所呈現的熱島情形,綠化及水仍是改善熱島效應關鍵。

愛的迫降-火流星事件型態及現象模擬之研究

火流星於空中爆炸及撞擊地面之型態,以模擬實驗觀察空中爆炸後碎屑雲及撞擊地面隕石坑現象。撞擊模擬利用BB槍射擊(1焦耳動能)不同地質層,得到與現實相同結果: (1)模擬之撞擊坑多數有形成環形山及中央丘 (2)無論不同角度、模擬物質量,隕石坑都接近圓形。 另發現乾燥土壤(125-250μm),長寬深不會因為撞擊角度改變;玉米粉(10-15μm),角度30度-90度所形成之隕石坑,長寬與深度比值接近,15度因撞擊時間較短差異較大,撞擊能量與地質作用占較大影響因素。以土球進入水中不同介質做測試實驗,有碎屑產生。在氣球內放入玉米粉等小顆粒粉末,在不同移動角度下,皆成功模擬出羽狀碎屑雲、蝴蝶狀衝擊波,與2013年俄羅斯隕石事件及通古斯大爆炸相符。