112 公務人員升官等薦任 環保行政 環境科學 考古題詳解

核心觀念

本題考查甲烷（$CH_4$）的來源、氣候效應、空氣污染與公共衛生效應，以及減量的重要性。答題時應把「甲烷是強效溫室氣體」與「甲烷會促成近地面臭氧形成」兩條作用途徑分開說明，並連結題幹所述的過早死亡效益。

甲烷是大氣中的微量氣體，主要由有機物在缺氧環境下分解，以及化石燃料的開採、處理與輸送等過程排放。甲烷在大氣中的壽命約為十餘年；就相同質量而言，其短期增溫效應高於二氧化碳，但停留時間較短，因此削減甲烷排放可較快降低近程增溫。

解題方法

依「來源分類 → 環境影響 → 重要性」作答。來源須同時涵蓋自然與人為排放；環境影響則分為全球氣候、地面空氣品質與健康、生態及農業效應。最後以甲烷減量能同時帶來近期氣候效益及空氣污染健康效益，回扣題幹的近百萬人過早死亡。

大氣中甲烷的主要來源

一、自然來源

• 濕地：厭氧微生物分解水域或濕地中的有機物，是重要自然甲烷來源。
• 其他來源包括白蟻活動、天然地質滲漏，以及部分湖泊、凍土或海底甲烷釋放。

二、人為來源

• 農業：反芻動物腸道發酵與糞尿管理；稻田淹水後土壤缺氧，促進甲烷生成。
• 能源部門：煤礦開採，以及石油、天然氣的生產、加工、儲存與輸送過程中發生洩漏或逸散。
• 廢棄物處理：掩埋場有機廢棄物厭氧分解，以及污水處理過程。
• 土地利用與生物質燃燒：森林、草地等土地利用改變，以及不完全燃燒，也會排放甲烷。

對環境的影響

一、加劇全球暖化與氣候變遷

甲烷吸收地球放出的紅外線，增加大氣溫室效應。其大氣壽命短於二氧化碳，但單位質量的增溫效應較強；因此削減甲烷可在本世紀前半期較快減緩增溫。暖化進一步影響極端高溫、降雨型態、冰雪與生態系統。

核心觀念

本題考查土壤作為重金屬污染物「滯留、轉化與遷移介質」的特性。作答時要把土壤的物理、化學與生物性質，連結到重金屬在土壤中的吸附、氧化還原及微生物作用，並說明這些作用如何影響金屬的移動性與地下水污染風險。

重金屬不會像多數有機污染物一樣被微生物分解成無害的無機產物。土壤中的微生物可改變金屬的化學型態、價態及溶解度，進而改變其毒性與遷移性。因此，「固定或轉化」不等於「消滅」。

解題方法

可依「土壤組成與特性 → 作用機制 → 對金屬移動及地下水的影響」作答。先交代土壤由哪些固、液、氣及生物成分構成，再分別說明吸附、氧化還原與微生物作用。每一部分均指出會使重金屬較易固定，或較易溶出、移動的條件，即可完整回應題意。

土壤的特性與組成

土壤是岩石風化物、有機質、水、空氣及生物共同形成的多相系統，具有孔隙、層次及空間異質性。其重要組成與性質如下：

• 礦物固相：包括砂、坋土、黏土及鐵、鋁、錳氧化物等。黏土與氧化物表面積大、帶有電荷，可提供金屬吸附或沉澱的位置。
• 有機質：包括腐植質及未完全分解的生物殘體，含有羧基、酚羥基等官能基，可與金屬形成錯合物。
• 土壤水與溶質：水分填充孔隙，溶有金屬離子、無機離子及溶解性有機物，是污染物溶解、反應及向下遷移的主要介質。
• 土壤空氣與孔隙：影響氧氣供應與水分流動，進而控制土壤的氧化還原狀態。
• 土壤生物：包括細菌、真菌、藻類、植物根系及土壤動物，可參與有機質分解、酸鹼變化及金屬氧化還原反應。

此外，酸鹼值（pH）、氧化還原電位（Eh）、陽離子交換容量（CEC）、黏土含量、有機質含量、含水量及排水條件，都會影響金屬的吸附、溶解與移動。

土壤對重金屬的作用

吸附、交換與錯合

黏土礦物、有機質及鐵錳氧化物表面具有帶電位置，可透過靜電吸引、離子交換、表面錯合等作用吸附金屬離子。土壤的陽離子交換容量愈高，通常愈能暫時滯留陽離子型金屬，降低其在土壤水中的濃度與淋洗速率。

有機質的官能基亦可與重金屬形成錯合物；鐵、鋁、錳氧化物則常能吸附多種金屬。這些作用會降低金屬的溶解態比例及生物可利用性。

然而，吸附並非永久固定。低 pH 會使氫離子與金屬競爭吸附位置，也可能促進金屬解吸或礦物溶解；高濃度的競爭陽離子、溶解性有機物及鹽分變化，也可能使已吸附的金屬重新進入土壤水。

核心觀念

酸雨是指雨水的酸度高於自然背景值、呈現異常酸性的降水。臺灣採用的判定標準為雨水 pH 值低於 5.0。自然雨水會溶入大氣中的二氧化碳，通常呈弱酸性，因此不能把「pH 小於 7」直接當成酸雨標準。

人為排放的二氧化硫（$SO_2$）及氮氧化物（$NO_x$）進入大氣後，經氧化並溶於水，可形成硫酸與硝酸，降低雨水 pH：

因此，說明酸雨變化時，須同時掌握兩個層次：酸雨是否改善，以及硫酸、硝酸這兩種致酸來源的相對貢獻如何變化。

解題方法

依題意，先界定「酸雨」的判定門檻，再比較長期管制下兩種前驅污染物及其酸性產物的變化。判斷重點是變化的相對幅度：若兩者排放都減少，但 $SO_2$ 減幅較大，硫酸對酸雨的貢獻便會下降，而硝酸的相對占比會上升。

臺灣長期空氣污染管制使含硫排放及雨水中的非海鹽性硫酸根（nss-$SO_4^{2-}$）顯著減少。相較之下，氮氧化物及硝酸根（$NO_3^-$）的改善幅度較小。

核心觀念

本題考查臺灣能源轉型的方向，以及發電燃料組成改變如何減輕空氣污染與溫室氣體排放。作答時要區分「發電量占比」與「裝置容量占比」：題目問發電結構，應以各能源實際發電量占總發電量的比例說明。

以民國 112 年全國發電統計為例，能源組成約為：燃煤 42.2%、燃氣 39.5%、核能 6.3%、再生能源 9.5%，其餘約 2.4% 為燃油及抽蓄水力等。不同統計若以台電系統發購電量或全國總發電量為母數，比例會有差異，答題時應說明採用的統計口徑。

題幹的「減煤、增氣、展綠、非核」是能源轉型方向：逐步降低燃煤發電、提高天然氣發電、擴大再生能源，並依政策規劃逐步停止核能發電。這些調整須兼顧供電穩定、空氣污染減量及溫室氣體減量。

解題方法

本題為申論題，可依「現況組成—轉型措施—環境效益」三段作答。先交代題目年份的發電結構，再逐項說明減煤、增氣、展綠與非核政策的環境效益，並指出燃氣機組與再生能源如何搭配維持供電。

1. 減煤：降低燃煤發電量或以燃氣機組替代部分燃煤。燃煤會排放二氧化硫、氮氧化物、粒狀污染物及二氧化碳；減煤可減少硫氧化物、氮氧化物、細懸浮微粒前驅物與碳排放，也可減少煤灰、底渣及煤炭運輸所帶來的環境負荷。

2. 增氣：天然氣發電仍屬化石燃料，但相較燃煤，單位發電量的二氧化碳排放通常較低，硫氧化物與粒狀污染物排放也較少；複循環燃氣機組效率較高，且具快速起停及升降載能力，可配合風力、太陽光電的間歇性出力，支援電力系統穩定。

3. 展綠：增加太陽光電、風力、慣常水力、生質能、地熱等再生能源。其發電過程不需燃燒煤或天然氣，能降低化石燃料消耗及發電端空污、溫室氣體排放，並有助分散能源來源、降低對進口燃料的依賴。