108 地方特考三等 環保行政 環境科學 考古題詳解

核心觀念

本題考蓋亞假說所描述的「生命與地球環境互相作用」，以及溫室氣體如何調節地球能量收支。作答時要分清楚兩個層次：溫室氣體使地球維持適合生命的溫度；生物圈則會透過生物與地球化學作用，影響大氣組成及氣候。

(一) 蓋亞假說的內容

蓋亞假說（Gaia Hypothesis）由詹姆斯・洛夫洛克（James Lovelock）提出，後與微生物學家林恩・馬古利斯（Lynn Margulis）共同發展。其核心主張是：地球上的生物圈與大氣圈、水圈、岩石圈彼此交互作用，能共同調節地球環境，使全球環境在一定範圍內維持相對穩定，並適合生命生存。

這種調節並非地球具有意識或有意識地追求平衡，而是由生物作用與物理、化學過程相互回饋所形成。例如，植物與海洋浮游生物吸收二氧化碳，影響大氣中的碳含量；生物的光合作用與呼吸作用則會改變大氣中的氧氣與二氧化碳比例。這些變化又會影響氣候與生物生存條件，進而改變生物活動，形成彼此連動的回饋系統。

因此，蓋亞假說強調：

1. 生物並非只被動適應地球環境，也會改變環境。
2. 生物圈與地球其他圈層相互作用，影響大氣組成、氣候及海洋化學。
3. 多種正、負回饋共同作用，使地球環境在一定程度上維持動態穩定。

作答時宜將它表述為「生物與環境交互作用所形成的地球系統調節」，不宜寫成「地球會主動、有意識地維持生命」。

(二) 溫室氣體，以及特別關注二氧化碳與甲烷的原因

1. 溫室氣體的定義與作用

溫室氣體是指能吸收地表放射出的部分長波紅外線，並在各方向重新放射能量的氣體。部分能量因此返回地表附近，使地表與低層大氣較溫暖，形成自然溫室效應。

主要溫室氣體包括水蒸氣（$H_2O$）、二氧化碳（$CO_2$）、甲烷（$CH_4$）、氧化亞氮（$N_2O$）、臭氧（$O_3$）及部分含氟氣體等。題目所述「沒有溫室氣體時地球表面平均溫度約為 $-19^\circ\mathrm{C}$」，是用來說明自然溫室效應對維持地球適居溫度的重要性；實際地球平均表面溫度約為 $15^\circ\mathrm{C}$，兩者相差約 $34^\circ\mathrm{C}$。

核心觀念

題目考的是臺灣水資源的「水文豐沛」與「可供利用水量」並不相同。臺灣年降雨量高，但降雨集中、河川短急、地形陡峭，且人口與產業用水需求大，因此降雨不易轉化為穩定、可長期供應的水源，形成「雨量豐沛但缺水」的現象。

環境意義在於：水資源問題不只取決於降雨總量，也取決於降雨的時間與空間分布、蓄存與調度能力、水質，以及人類需求與用水方式。

解題方法

可從「降雨特性—水文地形—水資源供需—環境與管理影響」依序說明，呈現豐沛雨量如何仍造成缺水。

1. 降雨量大，但時間分配不均 臺灣降雨集中於梅雨、颱風季節及部分地區的冬季東北季風期間，豐水期水量大，枯水期降雨則可能不足。豐水期與枯水期的水量差異，使全年總雨量無法直接代表全年可穩定供水量。

2. 降雨空間分布不均 山區與迎風面雨量較多，部分平原、背風面及離島則相對少雨；水源地與人口、農業及產業需求集中的地區也未必重合，因此須仰賴跨區輸水與水庫調度。

3. 河川短促、坡陡流急，逕流迅速入海 臺灣地形起伏大、河川流路短，豪雨時水流迅速匯集並流入海洋，增加洪水與沖刷風險。雨下得多，不代表水能留在需要的時間與地點供使用。

4. 可蓄存水量有限，且水庫面臨淤積與水質壓力 水庫、埤塘、地下水及其他蓄水設施可調節豐枯水期差異，但蓄存空間有限。集水區侵蝕與土砂淤積會降低水庫有效容量；

核心觀念

本題考查濕地中氮的形態轉換、微生物作用與氮移除途徑。濕地土壤常呈現表層較有氧、深層缺氧的狀態；水體、土壤與植物根圈又會形成不同的氧化還原微環境。因此，氮循環不是單一路徑，而是由微生物、植物及物理化學作用共同完成。

氮在濕地中的重要形態包括：

• 有機氮：存在於植物、動物、微生物及其殘體中。
• 銨態氮：$\mathrm{NH_4^+}$；在較還原、缺氧的土壤中常見。
• 亞硝酸態氮：$\mathrm{NO_2^-}$；為硝化及反硝化過程中的中間形態。
• 硝酸態氮：$\mathrm{NO_3^-}$；在有氧環境中較穩定，且容易隨水移動。
• 氣態氮：主要為$\mathrm{N_2}$，另有少量$\mathrm{N_2O}$；可經反硝化等作用逸散至大氣。

解題方法

依「有機氮分解 → 無機氮轉換 → 植物與微生物利用 → 氣態氮逸散或氮素留存」的順序說明，並將硝化與反硝化連結到濕地有氧、缺氧區域。這樣能同時交代氮的物種變化、反應條件，以及濕地淨化水質的機制。

氮在濕地中的循環與物種變化

1. 有機氮的分解與氨化

植物枯枝落葉、動物排泄物及生物殘體進入濕地後，經微生物分解，將有機氮轉變為銨態氮，此過程稱為氨化作用或礦化作用：

$$\text{有機氮} \longrightarrow \mathrm{NH_4^+}$$

氨化可在有氧或缺氧條件下進行。產生的$\mathrm{NH_4^+}$可被植物、藻類及微生物吸收，也可進一步進入硝化作用。

2. 硝化作用：銨態氮氧化為硝酸態氮

在水體表層、土壤表層或根圈等有氧區域，硝化微生物將銨態氮先氧化成亞硝酸態氮，再氧化成硝酸態氮：

$$\mathrm{NH_4^+ \longrightarrow NO_2^- \longrightarrow NO_3^-}$$

硝化作用需要氧氣，且會消耗氧。濕地植物根部可將氧輸送至部分根圈，使高度還原的土壤中形成局部有氧微區，提供硝化作用的場所。

3. 反硝化作用：硝酸態氮還原為氣態氮

硝酸態氮可由有氧區擴散至缺氧土壤。缺氧時，反硝化微生物利用硝酸鹽作為電子受體，依序將其還原為氣態產物：

$$\mathrm{NO_3^- \longrightarrow NO_2^- \longrightarrow NO \longrightarrow N_2O \longrightarrow N_2 \uparrow}$$

反硝化通常需要缺氧環境及可利用的有機碳。生成的$\mathrm{N_2}$逸散至大氣，代表氮從濕地水體及土壤中被移除；若反應未完全，則可能釋出$\mathrm{N_2O}$。

濕地常見的耦合過程是：缺氧土層氨化產生$\mathrm{NH_4^+}$，銨態氮移至有氧微區進行硝化；產生的$\mathrm{NO_3^-}$再移至缺氧區進行反硝化。

核心觀念

本題比較的是兩種替代能源分類的判準。低碳能源主要看能源供應或使用所造成的溫室氣體排放是否低；永續／潔淨能源則著眼於更廣泛的環境與長期發展影響，包括污染、資源可持續性、生態衝擊、能源安全及社會經濟面向。

「低碳能源」與「潔淨能源」沒有全球一致且適用所有情境的固定清單；不同機關會依目的與評估邊界調整分類。答題時應先說明判準，再列舉能源種類並比較，而非把低碳、再生、潔淨三者視為同義詞。

解題方法

採「定義判準 → 分別列舉 → 比較交集與差異」的方式作答：

1. 以全生命週期的溫室氣體排放作為低碳能源的主要判準，而非只看發電時是否排放二氧化碳。
2. 以污染、資源、生態與世代公平等多項因素評估能源是否潔淨或永續。
3. 指出兩類能源有大量交集，但並非完全重合；能源技術的實際評價也會受選址、製程、燃料來源及管理方式影響。

低碳能源的可能種類

低碳能源指相較於傳統燃煤、燃油等化石燃料，生命週期溫室氣體排放顯著較低的能源或技術，常見包括：

• 再生能源：太陽能、風力、水力、地熱、潮汐與波浪能。
• 核能：運轉發電階段的直接溫室氣體排放低；若納入燃料開採、設備建造及除役等生命週期階段，仍會有排放。
• 生質能與沼氣：若原料來源、土地利用與燃燒排放受到妥善管理，可能具有較低淨排放；不能一概視為零碳。
• 化石燃料搭配碳捕集與封存（CCS）：可降低部分二氧化碳排放，但仍有燃料開採、轉換排放及捕集率等問題。
• 低碳氫能：氫是能源載體，是否低碳取決於製氫方式與能源來源；由再生電力電解製成者，通常比由未減排化石燃料製成者低碳。

永續／潔淨能源的可能種類

永續能源通常強調能源能長期供應，並兼顧環境與社會需求；潔淨能源常強調污染及環境負荷較低。常見例子包括：

• 太陽能、風力、地熱及適當規模的水力：能源來源可再生，運轉時空氣污染與溫室氣體排放通常較低。
• 永續管理的生質能、沼氣與廢棄物能源化：可利用有機廢棄物，但須考量空氣污染、原料供應、土地利用與碳排放。