112 年 國立臺灣大學海洋研究所物理與化學與地物組(3組聯招)《普通海洋學》

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第 1 題

第一部分、單複選混合考題:每題2分,共40分
※注意:請於試卷內之「選擇題作答區」依序作答。

  1. 利用流體力學解析海水運動過程中,為簡化問題起見,通常是將海水之物理性質認為僅是下列哪些
    性質的函數?
    (A) 溫度
    (B) 壓力
    (C) 鹽度
    (D) 密度
    (E) 溶氧飽和度

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核心觀念

普通海洋學中,海水可視為具有特定狀態的流體。其主要物理性質,例如密度、黏滯度、折射率與聲速等,通常以海水的三個基本狀態參數表示:

T=溫度,S=鹽度,p=壓力T=\text{溫度},\qquad S=\text{鹽度},\qquad p=\text{壓力}

其中海水密度的狀態方程可寫成:

ρ=ρ(T,S,p)\rho=\rho(T,S,p)

因此,流體力學分析海水運動時,通常將海水物理性質簡化為溫度、鹽度與壓力的函數。


解題方法

判斷各選項是否屬於描述海水物理狀態的基本變數:

  1. 溫度會影響分子熱運動及海水體積。
  2. 鹽度會影響海水中溶解物質的含量及密度。
  3. 壓力會隨深度增加,造成海水壓縮,進而影響密度與其他物理性質。

故海水密度可表示為:

ρ=ρ(T,S,p)\rho=\rho(T,S,p)

只要掌握「海水物理性質主要由溫度、鹽度、壓力決定」即可選出正確選項。


選項分析

  • (A) 溫度:正確。
    溫度會影響海水的熱膨脹與密度。一般而言,在其他條件相同時,溫度升高會使海水密度降低。
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第 2 題

  1. 當颱風吹拂海面,以下何者會受影響?
    (A) 溶氧飽和度
    (B) 壓力
    (C) 溫度
    (D) 基礎生產力
    (E) 海水密度垂直變化

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核心觀念

颱風伴隨強風、低氣壓與巨大風浪,會同時影響海氣交換、海水混合、上升流與海洋生地化作用。判斷各選項時,需區分:

  • 直接作用:低氣壓、風應力、波浪與湍流。
  • 間接作用:混合與上升流造成的溫度、鹽度、溶氧、密度及營養鹽變化。

海水密度主要由溫度與鹽度決定:

ρ=ρ(T,S,p)\rho=\rho(T,S,p)

海水壓力則近似遵守靜水壓關係:

p=p0+ρgzp=p_0+\rho gz

其中 p0p_0 為海面大氣壓,zz 為深度。


解題方法

颱風吹拂海面時,先由風應力造成表層海水強烈湍流混合;在海岸或適當風向下,還可能形成沿岸上升流,使深層冷水與營養鹽上升。另一方面,颱風中心氣壓很低,也會直接改變海面所承受的大氣壓力。

因此,凡是與以下因素相關的海洋性質,都會受到影響:

  1. 海面大氣壓與海水靜水壓。
  2. 海氣氣體交換與溶氧狀態。
  3. 海水溫度。
  4. 深層營養鹽供應與基礎生產力。
  5. 海水密度的垂直分布。

選項分析

(A) 溶氧飽和度:正確

強風與巨浪會增強海氣交換,使大氣中的氧氣更容易溶入海水;強烈垂直混合也會把表層高溶氧海水帶入較深處。

此外,氧氣溶解度受溫度、鹽度與壓力影響。一般而言,溫度越低,海水可溶解的氧氣越多;颱風引起的深層冷水上升與海水混合,會改變溶氧飽和狀態。

嚴格而言,風不會單獨決定氧氣的平衡溶解度,但颱風造成的海氣交換、溫度與壓力變化,會使溶氧飽和度受到影響。

(B) 壓力:正確

颱風中心通常伴隨低氣壓,因此海面受到的大氣壓力會下降。海面氣壓的變化會直接反映在海水壓力上:

p=p0+ρgzp=p_0+\rho gz

當 p0p_0 改變時,同一深度的海水壓力也會隨之改變。颱風風應力還可能造成海面堆升、風暴潮與局部海面高度變化,進一步影響水柱壓力。

(C) 溫度:正確

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第 3 題

  1. 以下何者為非?
    (A) 海洋平均深度約為4000公尺
    (B) 黑潮流速約為100~200cm/s
    (C) 台灣島全境皆為全日潮
    (D) 颱風是順時鐘旋轉方式
    (E) 颱風的旋轉方式會引起湧升現象

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核心觀念

本題考查海洋基本尺度、黑潮流速、台灣潮汐型態,以及北半球颱風旋轉與風生湧升的關係。

  • 全球海洋平均深度約為 3,7003,700 公尺,通常概略記為約 4,0004,000 公尺。
  • 黑潮為強勁西邊界流,表層流速約為 100∼200 cm/s100\sim200\ \mathrm{cm/s}。
  • 潮汐型態可分為全日潮、半日潮與混合潮,台灣沿岸潮汐並非全島一致。
  • 北半球颱風屬於低壓系統,受科氏力影響呈反時鐘旋轉。
  • 颱風風場會造成表層海水向外輻散,使深層冷水上升,形成湧升。

解題方法

本題採逐項判斷法,將各敘述與普通海洋學中的標準數值及物理原理比較。

其中,颱風旋轉方向可由低壓系統判斷:

北半球中,氣流向低壓中心移動時受到向右的科氏偏向,因此環繞低壓中心呈反時鐘方向旋轉。台灣位於北半球,所以颱風為反時鐘旋轉。

颱風造成湧升的原因,可由風應力與艾克曼輸送說明。北半球颱風風場呈反時鐘旋轉,風所造成的艾克曼輸送在風場中心附近具有向外輻散的效果。由海水質量守恆,表層海水離開後,深層海水便向上補充,形成湧升現象。

選項分析

(A) 海洋平均深度約為 4000 公尺

正確。

全球海洋平均深度約為 3,7003,700 公尺,取概略值可寫成約 4,0004,000 公尺。因此此敘述符合海洋地理的基本估計。

(B) 黑潮流速約為 100~200 cm/s

正確。

黑潮是北太平洋副熱帶環流中的強西邊界流,流經台灣東側及日本南方海域。其表層流速常可達:

100∼200 cm/s100\sim200\ \mathrm{cm/s}

換算為:

1∼2 m/s1\sim2\ \mathrm{m/s}

此數值符合黑潮主要流軸附近的典型流速。

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第 4 題

  1. 以下何者為海洋研究人員會利用的器具?
    (A) 南森瓶 (Nansen bottle)
    (B) 溫鹽深儀 (CTD)
    (C) 重力岩芯 (Gravity core)
    (D) 浮游生物網 (Plankton net)
    (E) 顛倒溫度計 (Reversing Thermometer)

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本題考驗對常用海洋學研究儀器的認識。題目要求選出所有海洋研究人員會利用的器具。

(A) 南森瓶 (Nansen bottle):這是一種用於採集特定深度海水樣品的裝置。它通常與顛倒溫度計一起使用,用於測量海水溫度和採集水樣。因此,這是海洋研究人員會使用的器具。
(B) 溫鹽深儀 (CTD):CTD (Conductivity, Temperature, Depth) 儀器是現代海洋學研究中最重要的儀器之一,它可以同時測量海水的電導度(用於推算鹽度)、溫度和深度,並能以高解析度記錄這些參數隨深度的變化。因此,這是海洋研究人員會使用的器具。
(C) 重力岩芯 (Gravity core):這是一種用於採集海底沉積物樣品的工具。

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第 5 題

  1. 黑潮是屬於下列哪些洋流系統?
    (A) 太平洋環流
    (B) 大西洋環流
    (C) 赤道環流
    (D) 民答那峨海流
    (E) 新潮流

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本題考驗對全球主要洋流系統的認識,特別是黑潮的歸屬。

黑潮(Kuroshio Current)是位於北太平洋西部的一支重要的暖流,其流經台灣東部海域。它是北太平洋環流系統的一部分。

(A) 太平洋環流 (Pacific Gyre):北太平洋環流是一個大規模的順時鐘方向的洋流系統,由北赤道暖流、黑潮、北太平洋暖流、加利福尼亞寒流組成。黑潮是北太平洋環流系統中向北輸運熱量和鹽分的暖流分支。因此,黑潮屬於太平洋環流。
(B) 大西洋環流 (Atlantic Gyre):大西洋環流是位於大西洋的洋流系統,與太平洋環流是不同的系統。因此,黑潮不屬於大西洋環流。
(C) 赤道環流 (Equatorial Current):赤道環流是指赤道附近的東西向洋流,包括北赤道暖流、南赤道暖流和赤道逆流。黑潮的源頭之一是北赤道暖流,但黑潮本身是向北流動的,與赤道環流的整體方向和位置不同,儘管它們之間存在聯繫。嚴格來說,黑潮是北太平洋環流的一部分,而不是赤道環流本身。
(D) 民答那峨海流 (Mindanao Current):民答那峨海流是位於菲律賓東部,菲律賓海西南部的一支洋流。它是北赤道暖流向西流動並在菲律賓附近轉向形成黑潮的「前身」或一部分。因此,黑潮與民答那峨海流密切相關,可以說民答那峨海流是黑潮的源頭之一或構成部分。

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第 6 題

  1. 海洋研究人員常利用哪種化學滴定法測量海水的含氧量?
    (A) Argentometric Titration
    (B) Mohr Titration
    (C) Knudsen Titration
    (D) Winkler Titration
    (E) Proton Titration

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本題考驗對常用海水化學分析方法的認識,特別是測量溶解氧的方法。

海水中的溶解氧含量是化學海洋學中的一個重要參數,它與海洋生物的生存、海洋的氧化還原狀態以及海洋與大氣的氣體交換密切相關。測量溶解氧的方法有多種,其中化學滴定法是傳統且常用的方法之一。

(A) Argentometric Titration:這是一種用銀離子(Ag+)進行滴定的方法,常用於測定氯離子(Cl-)的含量,即鹽度。
(B) Mohr Titration:這也是一種用硝酸銀(AgNO3)滴定氯離子的方法,用鉻酸鉀(K2CrO4)作為指示劑,用於測定海水中的氯含量。

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第 7 題

  1. 下列何者是海水中浮游植物生長所需的必要元素?
    (A) Nitrogen
    (B) Phosphorous
    (C) Boron
    (D) Carbon
    (E) Thorium

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核心觀念

浮游植物進行光合作用,利用光能將無機碳轉化為有機物,並以海水中的無機營養鹽合成細胞蛋白質、核酸、ATP 與細胞膜。因此,碳、氮、磷都是浮游植物生長不可或缺的主要元素。

海洋生態學常以 Redfield 比值表示浮游植物有機物中主要元素的平均組成:

C:N:P=106:16:1\mathrm{C:N:P}=106:16:1

此比值顯示碳、氮、磷皆為浮游植物生物量形成與生長所需的基本元素。

解題方法

判斷各選項是否屬於浮游植物生長所需的主要元素:

  1. 能否作為有機物骨架或細胞物質的主要組成?
  2. 是否參與蛋白質、核酸、能量分子或光合作用相關物質的合成?
  3. 是否為一般海洋浮游植物普遍需要的營養元素?

符合上述條件者,即可判定為必要元素。

選項分析

  • (A) Nitrogen:正確

    氮是胺基酸、蛋白質、核酸以及葉綠素的重要組成元素。海水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽與銨鹽,都是浮游植物常利用的無機氮來源。

    當海水缺氮時,蛋白質與葉綠素合成受限,浮游植物生長會受到抑制。因此氮是重要的必要營養元素。

  • (B) Phosphorous:正確

    題目中的 Phosphorous 通常是指磷,標準拼法為 phosphorus。磷是核酸、ATP、磷脂質及細胞膜的重要成分,也參與細胞內的能量傳遞。

    海水中的磷酸鹽常是浮游植物生長的限制營養鹽之一;在磷缺乏的海域,即使仍有光能與無機碳,浮游植物生長也會受到抑制。

  • (C) Boron:不列為本題正確答案

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第 8 題

  1. 下列哪氣體會影響海水的酸鹼度?
    (A) Carbon Dioxide
    (B) Nitrogen
    (C) Oxygen
    (D) Argon
    (E) Helium

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本題考驗對影響海水酸鹼度的氣體成分的認識。海水酸鹼度(pH)的穩定是海洋生態系統正常運行的重要條件,而海水與大氣之間的氣體交換,特別是二氧化碳的交換,對維持海水pH值的穩定起著關鍵作用。

海水中的碳酸鹽系統是影響其pH值的主要因素。二氧化碳(CO2)溶解在水中後,會與水反應生成碳酸(H2CO3),碳酸進一步解離成氫離子(H+)和碳酸氫根離子(HCO3-),或進一步解離成氫離子和碳酸根離子(CO3^2-)。這個過程可以用以下方程式表示:
CO2+H2O⇌H2CO3⇌H++HCO3−⇌2H++CO32−CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^- \rightleftharpoons 2H^+ + CO_3^{2-}

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第 9 題

  1. 請問海水的平均氯含量為何?
    (A) 35.00 g/kg
    (B) 469.00 mmol/kg
    (C) 480.61 mM
    (D) 559.39 mM
    (E) 19.353 g/kg

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核心觀念

本題考查海水主要溶解離子的組成,以及「氯含量」的表示方式。

海水中氯主要以氯離子 Cl−\mathrm{Cl^-} 形式存在。標準平均海水的鹽度約為

S≈35.00 g/kgS \approx 35.00\ \mathrm{g/kg}

其中氯離子約占海水總鹽分質量的 55%55\%,因此平均氯含量約為

[Cl−]≈19.353 g/kg[\mathrm{Cl^-}] \approx 19.353\ \mathrm{g/kg}

在海洋學中,氯含量通常以每公斤海水所含氯離子的質量表示,單位為 g/kg\mathrm{g/kg}。


解題方法

直接使用標準平均海水的離子組成:

Cl−=19.353 g/kg\mathrm{Cl^-}=19.353\ \mathrm{g/kg}

若換算成莫耳濃度,氯的原子量約為

MCl=35.45 g/molM_{\mathrm{Cl}}=35.45\ \mathrm{g/mol}

則氯離子的莫耳質量濃度為

19.353 g/kg35.45 g/mol=0.546 mol/kg\frac{19.353\ \mathrm{g/kg}}{35.45\ \mathrm{g/mol}} =0.546\ \mathrm{mol/kg}

也就是

546 mmol/kg546\ \mathrm{mmol/kg}

因此,海水平均氯含量的標準表示為

19.353 g/kg\boxed{19.353\ \mathrm{g/kg}}

選項分析

(A) 35.00 g/kg35.00\ \mathrm{g/kg}

錯誤。

35.00 g/kg35.00\ \mathrm{g/kg} 是平均海水的總鹽度,不是氯離子的含量。氯離子只是總溶解鹽分中的一部分。


(B) 469.00 mmol/kg469.00\ \mathrm{mmol/kg}

錯誤。

此數值接近海水中鈉離子 Na+\mathrm{Na^+} 的平均莫耳質量濃度:

[Na+]≈469 mmol/kg[\mathrm{Na^+}] \approx 469\ \mathrm{mmol/kg}

不是氯離子濃度。氯離子約為

[Cl−]≈546 mmol/kg[\mathrm{Cl^-}] \approx 546\ \mathrm{mmol/kg}

(C) 480.61 mM480.61\ \mathrm{mM}

錯誤。

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第 10 題

  1. 請問下列哪些不是海洋研究計畫?
    (A) TOPEX
    (B) SEATS
    (C) WOCE
    (D) GEOTRACES
    (E) KNOT

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核心觀念

本題考查國際海洋學研究計畫、長期海洋觀測計畫及衛星海洋觀測任務的名稱與研究目的。判斷時不能只看名稱中是否含有 Program 或 Project,而應確認其是否以海洋觀測、海洋環流、海洋生地化循環或海氣交互作用為主要研究對象。

本題五個選項均屬於海洋研究相關計畫、任務或觀測研究,因此沒有不符合者。

解題方法

逐一辨認各縮寫的全名與研究內容:

  1. 是否以海洋為主要研究對象?
  2. 是否具有明確的觀測、實驗或研究目標?
  3. 即使其形式是衛星任務或時間序列測站,是否仍屬於海洋研究計畫的範疇?

五個選項皆符合上述條件,因此答案為「皆是海洋研究計畫」。

選項分析

(A) TOPEX

TOPEX 是 Ocean Topography Experiment,通常指 NASA 與法國 CNES 合作的 TOPEX/Poseidon 衛星海洋觀測任務。

其主要利用衛星雷達高度計量測海面高度,研究內容包括:

  • 全球海面地形;
  • 海洋環流;
  • 海平面變化;
  • 海氣交互作用;
  • 全球氣候變化。

衛星量測的海面高度可表示為

η=hsatellite−Raltimeter,\eta = h_{\text{satellite}} - R_{\text{altimeter}},

其中 η\eta 為海面高度,hsatelliteh_{\text{satellite}} 為衛星相對於參考橢球面的高度,RaltimeterR_{\text{altimeter}} 為雷達測得的衛星至海面的距離。海面高度資料可進一步推算大尺度海流與海洋環流變化。NASA 將 TOPEX/Poseidon 定義為量測海洋表面地形、改善海洋環流理解的衛星任務,因此屬於海洋研究計畫。(NASA/JPL)

(B) SEATS

SEATS 是 SouthEast Asia Time-series Study,中文常譯為「東南亞海洋時間序列研究」,主要觀測南海的長期海洋環境變化。

SEATS 測站位於南海約 18∘N,116∘E18^\circ\text{N}, 116^\circ\text{E},長期觀測項目包括:

  • 溫度與鹽度;
  • 營養鹽;
  • 葉綠素與初級生產力;
  • 溶解氧;
  • 碳循環與海洋生地化作用。

時間序列觀測的重點,是在固定海域持續取樣,分析季節至年代尺度的變化,而非只進行單次海洋調查。SEATS 是南海重要的長期海洋生地化觀測研究,屬於海洋研究計畫。(臺大海洋研究所 SEATS)

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第 11 題

  1. 請問下列哪些是福島核災(Fukushima Dai-Ichi Nuclear Accidents)釋放進入海洋的放射性同位素?
    (A) 228Th
    (B) 137Cs
    (C) 210Pb
    (D) 222Rn
    (E) 15N

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核心觀念

本題考查核事故釋放的放射性同位素判別,以及放射性同位素與海洋中天然核種、穩定同位素的區別。

福島第一核電廠事故後,反應爐內的裂變產物與核燃料相關核種進入海洋,重要核種包括:

  • 碘-131(131I^{131}\mathrm{I})
  • 銫-134(134Cs^{134}\mathrm{Cs})
  • 銫-137(137Cs^{137}\mathrm{Cs})
  • 鍶-90(90Sr^{90}\mathrm{Sr})
  • 少量鈽同位素

其中,137Cs^{137}\mathrm{Cs} 是福島核災海洋污染監測中最具代表性的放射性核種之一。

放射性同位素會自發衰變,其原子核具有不穩定性;穩定同位素則不會發生放射性衰變。


解題方法

判斷每個選項是否為福島核災釋放至海洋的放射性核種,採用兩個步驟:

  1. 判斷該核種是否具有放射性。
  2. 判斷其是否屬於福島核災中由核電廠事故釋放、並進入海洋的核種。

福島事故的主要來源是核分裂產物,因此應優先辨認具有代表性的裂變產物,例如銫、碘與鍶的放射性同位素。選項中只有 137Cs^{137}\mathrm{Cs} 符合此特徵。


選項分析

(A) 228Th^{228}\mathrm{Th}

228Th^{228}\mathrm{Th} 為釷-232衰變系中的天然放射性核種,主要存在於自然界的放射性衰變鏈中,並非福島核電廠事故釋放至海洋的主要核種。

因此本選項錯誤。


(B) 137Cs^{137}\mathrm{Cs}

137Cs^{137}\mathrm{Cs} 是核分裂產物,半衰期約為 30.1730.17 年,會進行 β\beta 衰變,並伴隨具有穿透力的伽瑪輻射。

其生成方式可概念性表示為:

137Cs→137Ba+β−+νˉe{}^{137}\mathrm{Cs} \rightarrow {}^{137\mathrm{Ba}}+\beta^-+\bar{\nu}_e
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第 12 題

  1. 根據碳-14 定年法研究,請問海水最老的年紀為何?
    (A) 2500 years
    (B) 4000 years
    (C) 200 years
    (D) 1500 years
    (E) 8500 years

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核心觀念

本題考查海洋深層水的年齡與全球溫鹽環流。海水在高緯度海域下沉形成深層水後,會沿著深海盆地緩慢運動,最後再回到表層。深層水距離上次接觸大氣的時間,可用碳–14(14C^{14}\mathrm{C})定年法估算。

碳–14具有放射性,會隨時間衰變:

14C→14N{}^{14}\mathrm{C}\rightarrow{}^{14}\mathrm{N}

其半衰期約為 57305730 年。海水與大氣隔離後,水中碳–14含量逐漸降低,因此可由碳–14活度推算水團的「表觀年齡」:

t=1λln⁡(A0A)t=\frac{1}{\lambda}\ln\left(\frac{A_0}{A}\right)

其中:

  • tt:海水自最後接觸大氣以來的時間;
  • A0A_0:初始碳–14活度;
  • AA:目前測得的碳–14活度;
  • λ\lambda:碳–14衰變常數。

解題方法

深層海水形成後,受到下列因素影響:

  1. 與大氣隔離,無法快速補充新的碳–14;
  2. 長時間停留在深海中,碳–14持續衰減;
  3. 透過全球溫鹽環流逐漸向低緯度及其他海盆輸送。

碳–14研究顯示,全球海洋中最老的深層水,其年齡約為 15001500 年左右。這個數值代表深海水團的更新時間尺度,不是指海洋自形成以來已存在 15001500 年。

因此正確選項為:

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第 13 題

  1. 請問下列哪些參數技術可以用來測量海深?
    (A) 聲波 (Sonar)
    (B) 重力 (Gravity)
    (C) 鹽度 (Salinity)
    (D) 濁度 (Turbidity)
    (E) 透光度 (Transmittance)

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這一題的完整詳解

本題考驗對測量海深技術的認識。海深測量是海洋學研究中的基本工作。

(A) 聲波 (Sonar):聲納(Sonar,Sound Navigation and Ranging)是利用聲波在水中傳播的原理來測量距離的技術。聲納系統發射聲波脈衝,聲波到達海底後反射回來,通過測量聲波發射到接收的時間,以及聲波在水中的傳播速度,就可以計算出海底的深度。這是最常用和最精確的海深測量技術,特別是單音束(single-beam)和多音束(multi-beam)測深儀。因此,聲波技術可用於測量海深。
(B) 重力 (Gravity):重力本身不能直接測量海深。

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第 14 題

  1. 請問下列哪些學說曾被用來說明海盆的形成與演化?
    (A) 火成論 Plutonism
    (B) 大陸漂移學說 Continental drift
    (C) 水成論 Neptunism
    (D) 海底擴張學說 Seafloor spreading
    (E) 板塊構造學說 Plate tectonics

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查海盆(ocean basin)形成與演化的歷史地質學說。判斷重點不是「現代科學是否仍接受該學說」,而是各學說是否曾被提出,用來解釋地球表面、海洋盆地及大陸地殼的起源與變化。

海盆形成的解釋,大致可分為:

  1. 以地球內部作用為主的學說:火成論。
  2. 以海水沉積作用為主的學說:水成論。
  3. 說明大陸位置長期移動的學說:大陸漂移學說。
  4. 說明新海洋地殼生成與海盆擴大的學說:海底擴張學說。
  5. 統整海底擴張、隱沒、地震與火山活動的現代理論:板塊構造學說。

因此,五個選項都屬於海盆形成與演化史上曾被採用或討論的解釋架構。


解題方法

本題是複選題,採「逐一判斷其歷史功能」的方法:

  • 若學說曾被用來說明地球內部、地殼或海盆的形成,選入。
  • 不要求該學說今日仍是主流理論。
  • 對於較早期的學說,須區分「歷史上曾提出」與「現代是否正確」。

依此標準逐項分析如下。


選項分析

(A) 火成論 Plutonism:正確

火成論強調地球內部的高溫、熔融物質與火成作用,認為岩石及地質構造主要受到地下熱能與岩漿活動影響。

在海盆形成的歷史解釋中,火成論可用來說明:

  • 地殼受到地球內部熱作用而破裂或變形;
  • 岩漿上升形成新的火成岩地殼;
  • 地球內部作用造成陸地與海洋地形的差異。

現代海底擴張與板塊構造學說同樣以地球內部熱能、地函對流及岩漿活動為重要基礎,因此火成論雖是早期學說,確實曾被用來解釋海盆的形成與演化。

(B) 大陸漂移學說 Continental drift:正確

魏格納提出大陸漂移學說,主張現今各大陸曾經連接成一個超級大陸,後來逐漸分裂並漂移至現今位置。

此學說可解釋:

  • 大西洋兩側大陸的形狀具有互補性;
  • 非洲與南美洲的岩層及古生物分布具有相似性;
  • 古氣候證據顯示部分大陸曾位於不同緯度;
  • 大陸分離造成海洋盆地逐漸形成。

雖然大陸漂移學說初期未能完整說明大陸移動的動力來源,但它已經直接涉及海洋盆地的生成與大陸分裂,因此本項正確。

(C) 水成論 Neptunism:正確

水成論主張許多岩石由原始海洋或水體中的沉積物沉積形成,代表人物為 Werner。此學說將海水與沉積作用視為地球表面地質演化的重要力量。

水成論曾被用來解釋:

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第 15 題

  1. 沉積物的成熟度(maturity)無法用下列哪一種因子判断?
    (A) 礦物組成(mineral composition)
    (B) 淘選度(sorting)
    (C) 顆粒形狀(grain shape)
    (D) 顆粒大小(grain size)
    (E) 孔隙度(Porosity)

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核心觀念

沉積物的成熟度(maturity)是指沉積物在風化、搬運與再沉積過程中,逐漸趨向穩定、均勻與適合長距離搬運的程度,通常分為:

  1. 礦物學成熟度:不穩定礦物逐漸被風化淘汰,穩定礦物(如石英)比例增加。
  2. 結構或組織成熟度:顆粒經長時間搬運與磨蝕後,通常具有較好的淘選度與較圓的形狀。

判斷沉積物成熟度時,主要觀察礦物組成與顆粒的組織特徵;孔隙度則主要受到壓密、膠結、溶解與沉積環境影響,並非成熟度的直接判準。

解題方法

逐一判斷各因子是否能反映沉積物經歷的風化與搬運作用:

  • 若因子能反映不穩定礦物的減少,屬於礦物學成熟度。
  • 若因子能反映顆粒經搬運後的磨圓與分選,屬於組織成熟度。
  • 若因子主要受埋藏、壓密或成岩作用控制,則不能直接判斷沉積物成熟度。

因此,孔隙度雖然是沉積物的重要物性,但不是判斷沉積物成熟度的標準因子。

選項分析

(A) 礦物組成(mineral composition)

正確。礦物組成可判斷沉積物的礦物學成熟度。

不穩定礦物,如長石、角閃石與輝石,較容易在風化與搬運過程中被破壞;穩定礦物,如石英,則較能保存。因此,石英比例較高、易風化礦物比例較低的沉積物,通常具有較高的礦物學成熟度。

(B) 淘選度(sorting)

正確。淘選度反映顆粒大小是否均勻,是判斷組織成熟度的重要指標。

沉積物經長距離或長時間搬運後,水流或波浪能反覆將不同大小的顆粒分開,使顆粒尺寸較為一致,淘選度提高。一般而言,淘選良好的沉積物,其組織成熟度較高。

(C) 顆粒形狀(grain shape)

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第 16 題

  1. 根據碳-14 定年法研究,請問海水最老的年紀為何?
    (A) 2500 years
    (B) 4000 years
    (C) 200 years
    (D) 1500 years
    (E) 8500 years

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核心觀念

本題考查深層海水的更新時間與碳-14定年法。

大氣中的宇宙射線會形成放射性碳-14(14C^{14}\mathrm{C}),海水與大氣交換時含有一定比例的碳-14。海水沉入深海後,與大氣隔離,碳-14便因放射性衰變而逐漸減少,因此可藉由殘留量估算深層海水與大氣最後接觸的時間。

碳-14的半衰期約為 57305730 年,定年公式為

t=−1λln⁡(NN0)t=-\frac{1}{\lambda}\ln\left(\frac{N}{N_0}\right)

其中:

  • tt:海水與大氣隔離的時間;
  • N0N_0:初始碳-14含量;
  • NN:目前殘留的碳-14含量;
  • λ\lambda:碳-14的衰變常數。

此處所稱的「海水年紀」,實際上是深層海水自形成並沉入海洋內部後,未再與大氣充分交換的時間,也就是深海水團的更新或循環時間,並非地球海洋存在的總年齡。

解題方法

全球海洋表層海水會與大氣交換氣體,碳-14含量相對較新;高緯度海域的冷而高密度海水下沉後,形成深層水與底層水,並沿著全球海洋深層環流移動。

由於深層海水的碳-14會持續衰減,科學家利用其殘留量進行定年。觀測結果顯示,全球最老的深層海水,其碳-14表觀年齡約為 15001500 年。

因此選擇:

1500 年\boxed{1500\ \text{年}}

選項分析

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第 17 題

  1. 海洋中已知最老的岩層為侏羅紀,出現哪個海域?
    (A) 南太平洋
    (B) 北大西洋
    (C) 西北太平洋
    (D) 南極海
    (E) 北極海

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核心觀念

海洋地殼主要由玄武岩組成,形成於中洋脊的海底擴張作用。新洋殼在中洋脊生成後,隨著板塊向兩側移動;當海洋地殼到達海溝,便會隱沒至地函中。

因此,海洋地殼的年齡通常不會像大陸地殼那樣久遠。現今海洋中最老的海洋地殼約形成於侏羅紀,年齡約為 1.81.8 億年,主要保存於西北太平洋一帶。

解題方法

判斷海洋中最老岩層的位置,關鍵在於海底擴張與板塊隱沒:

  1. 中洋脊不斷產生新的海洋地殼。
  2. 老的海洋地殼會在海溝隱沒。
  3. 海洋盆地若具有長期穩定、較少被隱沒破壞的區域,較容易保存古老海洋地殼。
  4. 現今已知最老的海洋地殼分布於西北太平洋,屬侏羅紀岩層。

所以正確海域為西北太平洋。

選項分析

(A) 南太平洋:錯誤

南太平洋海底大多屬於相對年輕的海洋地殼,許多區域受到海底擴張、海嶺活動及板塊隱沒作用影響,並非現今已知最老海洋地殼的主要保存區。

(B) 北大西洋:錯誤

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第 18 題

  1. 根據生物 Q10溫度定律,大多數的冷血動物Q10溫度係數的值為下列何者?
    (A) ~20
    (B) ~2
    (C) ~1
    (D) ~10
    (E) ~5

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核心觀念

本題考查生物的 Q₁₀ 溫度係數。Q₁₀ 用來表示溫度每升高 10∘C10^\circ\mathrm{C} 時,生理或代謝反應速率增加的倍數,定義為:

Q10=(R2R1)10T2−T1Q_{10}=\left(\frac{R_2}{R_1}\right)^{\frac{10}{T_2-T_1}}

其中:

  • R1R_1、R2R_2:溫度 T1T_1、T2T_2 下的反應速率或代謝速率
  • T1T_1、T2T_2:兩個測量溫度,單位可用攝氏溫標表示,但溫差必須以 ∘C^\circ\mathrm{C} 計算

若溫度相差正好 10∘C10^\circ\mathrm{C},公式簡化為:

Q10=R2R1Q_{10}=\frac{R_2}{R_1}

因此,Q10≈2Q_{10}\approx 2 表示溫度升高 10∘C10^\circ\mathrm{C},反應速率約變為原來的 22 倍。

解題方法

冷血動物,也稱為變溫動物,其體溫主要受到外界環境溫度影響。溫度升高時,體內酵素反應速率、呼吸作用與整體代謝速率通常會增加。

在適合生理活動的溫度範圍內,多數冷血動物的代謝速率每升高 10∘C10^\circ\mathrm{C} 約增加 22 倍,因此其生物 Q₁₀ 值通常約為:

Q10≈2Q_{10}\approx 2

所以正確選項為 (B) ~2。

選項分析

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第 19 題

  1. 以下生物體內哪一個化合物可以穩定魚體內蛋白質免遭水壓破壞?
    (A) 玉米黃素 Zeaxanthin
    (B) 鈷胺素 cobalamins
    (C) 褐藻素 Fucoxanthin
    (D) 二甲基硫 Dimethyl sulfide
    (E) 氧化三甲胺 Trimethylamine N-oxide

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這一題的完整詳解

本題考驗對深海生物適應高壓環境的化學機制,特別是穩定蛋白質的化合物。

深海動物生活在高壓環境下,巨大的靜水壓力可能導致蛋白質結構改變甚至變性,從而影響其功能。為了應對這種壓力,許多深海生物體內積累了一類稱為「壓力適應性溶質」(piezolytes)的化合物。這些化合物能夠穩定蛋白質結構,抵抗高壓的破壞。

(A) 玉米黃素 (Zeaxanthin):是一種類胡蘿蔔素,主要作為抗氧化劑,存在於視網膜等組織中,與穩定蛋白質免遭水壓破壞無關。
(B) 鈷胺素 (Cobalamins):泛指一系列含有鈷的有機化合物,即維生素 B12。是輔酶,參與代謝反應,與蛋白質在高壓下的穩定性無關。

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第 20 題

  1. 請問根據近代海洋多樣性研究,海洋中已知有多少物種?
    (A) 350萬種
    (B) 220萬種
    (C) 650萬種
    (D) 420萬種
    (E) 550萬種

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查近代海洋生物多樣性研究對「海洋物種總數」的估計。

海洋物種數量可分為兩個概念:

  1. 已正式命名與描述的物種:當時約為數十萬種。
  2. 依據分類學、採樣資料與統計模型推估的海洋物種總數:約為 220 萬種。

本題各選項皆以「百萬種」為單位,因此所問並非已完成正式命名的物種數,而是近代研究所估計的海洋物種總量。

解題方法

近代海洋多樣性研究普遍指出,海洋中仍有大量物種尚未被採集、辨識與正式命名。研究者根據已發現物種與分類群的分布,配合統計外推,估計海洋中真核生物物種總數約為:

Nmarine species≈2.2×106N_{\text{marine species}} \approx 2.2 \times 10^6

也就是約 220 萬種。

因此選擇:

(B) 220萬種\boxed{\text{(B) }220\text{萬種}}

選項分析

  • (A) 350萬種:錯誤。
    此數值高於近代研究普遍採用的約 220 萬種海洋物種估計值,並非本題所對應的標準答案。
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第 1 題

第一部分、單複選混合考題:每題2分,共40分
※注意:請於試卷內之「選擇題作答區」依序作答。

  1. 利用流體力學解析海水運動過程中,為簡化問題起見,通常是將海水之物理性質認為僅是下列哪些
    性質的函數?
    (A) 溫度
    (B) 壓力
    (C) 鹽度
    (D) 密度
    (E) 溶氧飽和度

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這一題的完整詳解

核心觀念

普通海洋學中,海水可視為具有特定狀態的流體。其主要物理性質,例如密度、黏滯度、折射率與聲速等,通常以海水的三個基本狀態參數表示:

T=溫度,S=鹽度,p=壓力T=\text{溫度},\qquad S=\text{鹽度},\qquad p=\text{壓力}

其中海水密度的狀態方程可寫成:

ρ=ρ(T,S,p)\rho=\rho(T,S,p)

因此,流體力學分析海水運動時,通常將海水物理性質簡化為溫度、鹽度與壓力的函數。


解題方法

判斷各選項是否屬於描述海水物理狀態的基本變數:

  1. 溫度會影響分子熱運動及海水體積。
  2. 鹽度會影響海水中溶解物質的含量及密度。
  3. 壓力會隨深度增加,造成海水壓縮,進而影響密度與其他物理性質。

故海水密度可表示為:

ρ=ρ(T,S,p)\rho=\rho(T,S,p)

只要掌握「海水物理性質主要由溫度、鹽度、壓力決定」即可選出正確選項。


選項分析

  • (A) 溫度:正確。
    溫度會影響海水的熱膨脹與密度。一般而言,在其他條件相同時,溫度升高會使海水密度降低。
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第 2 題

  1. 當颱風吹拂海面,以下何者會受影響?
    (A) 溶氧飽和度
    (B) 壓力
    (C) 溫度
    (D) 基礎生產力
    (E) 海水密度垂直變化

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這一題的完整詳解

核心觀念

颱風伴隨強風、低氣壓與巨大風浪,會同時影響海氣交換、海水混合、上升流與海洋生地化作用。判斷各選項時,需區分:

  • 直接作用:低氣壓、風應力、波浪與湍流。
  • 間接作用:混合與上升流造成的溫度、鹽度、溶氧、密度及營養鹽變化。

海水密度主要由溫度與鹽度決定:

ρ=ρ(T,S,p)\rho=\rho(T,S,p)

海水壓力則近似遵守靜水壓關係:

p=p0+ρgzp=p_0+\rho gz

其中 p0p_0 為海面大氣壓,zz 為深度。


解題方法

颱風吹拂海面時,先由風應力造成表層海水強烈湍流混合;在海岸或適當風向下,還可能形成沿岸上升流,使深層冷水與營養鹽上升。另一方面,颱風中心氣壓很低,也會直接改變海面所承受的大氣壓力。

因此,凡是與以下因素相關的海洋性質,都會受到影響:

  1. 海面大氣壓與海水靜水壓。
  2. 海氣氣體交換與溶氧狀態。
  3. 海水溫度。
  4. 深層營養鹽供應與基礎生產力。
  5. 海水密度的垂直分布。

選項分析

(A) 溶氧飽和度:正確

強風與巨浪會增強海氣交換,使大氣中的氧氣更容易溶入海水;強烈垂直混合也會把表層高溶氧海水帶入較深處。

此外,氧氣溶解度受溫度、鹽度與壓力影響。一般而言,溫度越低,海水可溶解的氧氣越多;颱風引起的深層冷水上升與海水混合,會改變溶氧飽和狀態。

嚴格而言,風不會單獨決定氧氣的平衡溶解度,但颱風造成的海氣交換、溫度與壓力變化,會使溶氧飽和度受到影響。

(B) 壓力:正確

颱風中心通常伴隨低氣壓,因此海面受到的大氣壓力會下降。海面氣壓的變化會直接反映在海水壓力上:

p=p0+ρgzp=p_0+\rho gz

當 p0p_0 改變時,同一深度的海水壓力也會隨之改變。颱風風應力還可能造成海面堆升、風暴潮與局部海面高度變化,進一步影響水柱壓力。

(C) 溫度:正確

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第 3 題

  1. 以下何者為非?
    (A) 海洋平均深度約為4000公尺
    (B) 黑潮流速約為100~200cm/s
    (C) 台灣島全境皆為全日潮
    (D) 颱風是順時鐘旋轉方式
    (E) 颱風的旋轉方式會引起湧升現象

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查海洋基本尺度、黑潮流速、台灣潮汐型態,以及北半球颱風旋轉與風生湧升的關係。

  • 全球海洋平均深度約為 3,7003,700 公尺,通常概略記為約 4,0004,000 公尺。
  • 黑潮為強勁西邊界流,表層流速約為 100∼200 cm/s100\sim200\ \mathrm{cm/s}。
  • 潮汐型態可分為全日潮、半日潮與混合潮,台灣沿岸潮汐並非全島一致。
  • 北半球颱風屬於低壓系統,受科氏力影響呈反時鐘旋轉。
  • 颱風風場會造成表層海水向外輻散,使深層冷水上升,形成湧升。

解題方法

本題採逐項判斷法,將各敘述與普通海洋學中的標準數值及物理原理比較。

其中,颱風旋轉方向可由低壓系統判斷:

北半球中,氣流向低壓中心移動時受到向右的科氏偏向,因此環繞低壓中心呈反時鐘方向旋轉。台灣位於北半球,所以颱風為反時鐘旋轉。

颱風造成湧升的原因,可由風應力與艾克曼輸送說明。北半球颱風風場呈反時鐘旋轉,風所造成的艾克曼輸送在風場中心附近具有向外輻散的效果。由海水質量守恆,表層海水離開後,深層海水便向上補充,形成湧升現象。

選項分析

(A) 海洋平均深度約為 4000 公尺

正確。

全球海洋平均深度約為 3,7003,700 公尺,取概略值可寫成約 4,0004,000 公尺。因此此敘述符合海洋地理的基本估計。

(B) 黑潮流速約為 100~200 cm/s

正確。

黑潮是北太平洋副熱帶環流中的強西邊界流,流經台灣東側及日本南方海域。其表層流速常可達:

100∼200 cm/s100\sim200\ \mathrm{cm/s}

換算為:

1∼2 m/s1\sim2\ \mathrm{m/s}

此數值符合黑潮主要流軸附近的典型流速。

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第 4 題

  1. 以下何者為海洋研究人員會利用的器具?
    (A) 南森瓶 (Nansen bottle)
    (B) 溫鹽深儀 (CTD)
    (C) 重力岩芯 (Gravity core)
    (D) 浮游生物網 (Plankton net)
    (E) 顛倒溫度計 (Reversing Thermometer)

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這一題的完整詳解

本題考驗對常用海洋學研究儀器的認識。題目要求選出所有海洋研究人員會利用的器具。
所有列出的選項 (A) 至 (E) 都是海洋研究人員在不同領域(物理海洋學、化學海洋學、生物海洋學、地質海洋學)中常用或曾經廣泛使用的研究器具。

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第 5 題

  1. 黑潮是屬於下列哪些洋流系統?
    (A) 太平洋環流
    (B) 大西洋環流
    (C) 赤道環流
    (D) 民答那峨海流
    (E) 新潮流

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這一題的完整詳解

本題考驗對全球主要洋流系統的認識,特別是黑潮的歸屬。黑潮(Kuroshio Current)是北太平洋環流系統中的一支重要暖流。
(A) 太平洋環流:黑潮是北太平洋環流的主要組成部分,負責將熱量和鹽分向北輸送。
(B) 大西洋環流:黑潮位於太平洋,與大西洋環流無關。
(C) 赤道環流:黑潮的源頭之一是北赤道暖流,但黑潮本身是向北流動的,屬於北太平洋環流,而非赤道環流。

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第 6 題

  1. 海洋研究人員常利用哪種化學滴定法測量海水的含氧量?
    (A) Argentometric Titration
    (B) Mohr Titration
    (C) Knudsen Titration
    (D) Winkler Titration
    (E) Proton Titration

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這一題的完整詳解

本題考驗對常用海水化學分析方法的認識,特別是測量溶解氧的方法。
(A) Argentometric Titration:用於測定氯離子,與鹽度有關。
(B) Mohr Titration:也是用於測定氯離子。

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第 7 題

  1. 下列何者是海水中浮游植物生長所需的必要元素?
    (A) Nitrogen
    (B) Phosphorous
    (C) Boron
    (D) Carbon
    (E) Thorium

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這一題的完整詳解

核心觀念

浮游植物進行光合作用,利用光能將無機碳轉化為有機物,並以海水中的無機營養鹽合成細胞蛋白質、核酸、ATP 與細胞膜。因此,碳、氮、磷都是浮游植物生長不可或缺的主要元素。

海洋生態學常以 Redfield 比值表示浮游植物有機物中主要元素的平均組成:

C:N:P=106:16:1\mathrm{C:N:P}=106:16:1

此比值顯示碳、氮、磷皆為浮游植物生物量形成與生長所需的基本元素。

解題方法

判斷各選項是否屬於浮游植物生長所需的主要元素:

  1. 能否作為有機物骨架或細胞物質的主要組成?
  2. 是否參與蛋白質、核酸、能量分子或光合作用相關物質的合成?
  3. 是否為一般海洋浮游植物普遍需要的營養元素?

符合上述條件者,即可判定為必要元素。

選項分析

  • (A) Nitrogen:正確

    氮是胺基酸、蛋白質、核酸以及葉綠素的重要組成元素。海水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽與銨鹽,都是浮游植物常利用的無機氮來源。

    當海水缺氮時,蛋白質與葉綠素合成受限,浮游植物生長會受到抑制。因此氮是重要的必要營養元素。

  • (B) Phosphorous:正確

    題目中的 Phosphorous 通常是指磷,標準拼法為 phosphorus。磷是核酸、ATP、磷脂質及細胞膜的重要成分,也參與細胞內的能量傳遞。

    海水中的磷酸鹽常是浮游植物生長的限制營養鹽之一;在磷缺乏的海域,即使仍有光能與無機碳,浮游植物生長也會受到抑制。

  • (C) Boron:不列為本題正確答案

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第 8 題

  1. 下列哪氣體會影響海水的酸鹼度?
    (A) Carbon Dioxide
    (B) Nitrogen
    (C) Oxygen
    (D) Argon
    (E) Helium

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這一題的完整詳解

本題考驗對影響海水酸鹼度的氣體成分的認識。
海水酸鹼度(pH)主要受碳酸鹽系統的影響。二氧化碳(CO2)溶解於水後,會形成碳酸,進而解離產生氫離子,降低pH值。

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第 9 題

  1. 請問海水的平均氯含量為何?
    (A) 35.00 g/kg
    (B) 469.00 mmol/kg
    (C) 480.61 mM
    (D) 559.39 mM
    (E) 19.353 g/kg

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查海水主要溶解離子的組成,以及「氯含量」的表示方式。

海水中氯主要以氯離子 Cl−\mathrm{Cl^-} 形式存在。標準平均海水的鹽度約為

S≈35.00 g/kgS \approx 35.00\ \mathrm{g/kg}

其中氯離子約占海水總鹽分質量的 55%55\%,因此平均氯含量約為

[Cl−]≈19.353 g/kg[\mathrm{Cl^-}] \approx 19.353\ \mathrm{g/kg}

在海洋學中,氯含量通常以每公斤海水所含氯離子的質量表示,單位為 g/kg\mathrm{g/kg}。


解題方法

直接使用標準平均海水的離子組成:

Cl−=19.353 g/kg\mathrm{Cl^-}=19.353\ \mathrm{g/kg}

若換算成莫耳濃度,氯的原子量約為

MCl=35.45 g/molM_{\mathrm{Cl}}=35.45\ \mathrm{g/mol}

則氯離子的莫耳質量濃度為

19.353 g/kg35.45 g/mol=0.546 mol/kg\frac{19.353\ \mathrm{g/kg}}{35.45\ \mathrm{g/mol}} =0.546\ \mathrm{mol/kg}

也就是

546 mmol/kg546\ \mathrm{mmol/kg}

因此,海水平均氯含量的標準表示為

19.353 g/kg\boxed{19.353\ \mathrm{g/kg}}

選項分析

(A) 35.00 g/kg35.00\ \mathrm{g/kg}

錯誤。

35.00 g/kg35.00\ \mathrm{g/kg} 是平均海水的總鹽度,不是氯離子的含量。氯離子只是總溶解鹽分中的一部分。


(B) 469.00 mmol/kg469.00\ \mathrm{mmol/kg}

錯誤。

此數值接近海水中鈉離子 Na+\mathrm{Na^+} 的平均莫耳質量濃度:

[Na+]≈469 mmol/kg[\mathrm{Na^+}] \approx 469\ \mathrm{mmol/kg}

不是氯離子濃度。氯離子約為

[Cl−]≈546 mmol/kg[\mathrm{Cl^-}] \approx 546\ \mathrm{mmol/kg}

(C) 480.61 mM480.61\ \mathrm{mM}

錯誤。

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第 10 題

  1. 請問下列哪些不是海洋研究計畫?
    (A) TOPEX
    (B) SEATS
    (C) WOCE
    (D) GEOTRACES
    (E) KNOT

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核心觀念

本題考查國際海洋學研究計畫、長期海洋觀測計畫及衛星海洋觀測任務的名稱與研究目的。判斷時不能只看名稱中是否含有 Program 或 Project,而應確認其是否以海洋觀測、海洋環流、海洋生地化循環或海氣交互作用為主要研究對象。

本題五個選項均屬於海洋研究相關計畫、任務或觀測研究,因此沒有不符合者。

解題方法

逐一辨認各縮寫的全名與研究內容:

  1. 是否以海洋為主要研究對象?
  2. 是否具有明確的觀測、實驗或研究目標?
  3. 即使其形式是衛星任務或時間序列測站,是否仍屬於海洋研究計畫的範疇?

五個選項皆符合上述條件,因此答案為「皆是海洋研究計畫」。

選項分析

(A) TOPEX

TOPEX 是 Ocean Topography Experiment,通常指 NASA 與法國 CNES 合作的 TOPEX/Poseidon 衛星海洋觀測任務。

其主要利用衛星雷達高度計量測海面高度,研究內容包括:

  • 全球海面地形;
  • 海洋環流;
  • 海平面變化;
  • 海氣交互作用;
  • 全球氣候變化。

衛星量測的海面高度可表示為

η=hsatellite−Raltimeter,\eta = h_{\text{satellite}} - R_{\text{altimeter}},

其中 η\eta 為海面高度,hsatelliteh_{\text{satellite}} 為衛星相對於參考橢球面的高度,RaltimeterR_{\text{altimeter}} 為雷達測得的衛星至海面的距離。海面高度資料可進一步推算大尺度海流與海洋環流變化。NASA 將 TOPEX/Poseidon 定義為量測海洋表面地形、改善海洋環流理解的衛星任務,因此屬於海洋研究計畫。(NASA/JPL)

(B) SEATS

SEATS 是 SouthEast Asia Time-series Study,中文常譯為「東南亞海洋時間序列研究」,主要觀測南海的長期海洋環境變化。

SEATS 測站位於南海約 18∘N,116∘E18^\circ\text{N}, 116^\circ\text{E},長期觀測項目包括:

  • 溫度與鹽度;
  • 營養鹽;
  • 葉綠素與初級生產力;
  • 溶解氧;
  • 碳循環與海洋生地化作用。

時間序列觀測的重點,是在固定海域持續取樣,分析季節至年代尺度的變化,而非只進行單次海洋調查。SEATS 是南海重要的長期海洋生地化觀測研究,屬於海洋研究計畫。(臺大海洋研究所 SEATS)

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第 11 題

  1. 請問下列哪些是福島核災(Fukushima Dai-Ichi Nuclear Accidents)釋放進入海洋的放射性同位素?
    (A) 228Th
    (B) 137Cs
    (C) 210Pb
    (D) 222Rn
    (E) 15N

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核心觀念

本題考查核事故釋放的放射性同位素判別,以及放射性同位素與海洋中天然核種、穩定同位素的區別。

福島第一核電廠事故後,反應爐內的裂變產物與核燃料相關核種進入海洋,重要核種包括:

  • 碘-131(131I^{131}\mathrm{I})
  • 銫-134(134Cs^{134}\mathrm{Cs})
  • 銫-137(137Cs^{137}\mathrm{Cs})
  • 鍶-90(90Sr^{90}\mathrm{Sr})
  • 少量鈽同位素

其中,137Cs^{137}\mathrm{Cs} 是福島核災海洋污染監測中最具代表性的放射性核種之一。

放射性同位素會自發衰變,其原子核具有不穩定性;穩定同位素則不會發生放射性衰變。


解題方法

判斷每個選項是否為福島核災釋放至海洋的放射性核種,採用兩個步驟:

  1. 判斷該核種是否具有放射性。
  2. 判斷其是否屬於福島核災中由核電廠事故釋放、並進入海洋的核種。

福島事故的主要來源是核分裂產物,因此應優先辨認具有代表性的裂變產物,例如銫、碘與鍶的放射性同位素。選項中只有 137Cs^{137}\mathrm{Cs} 符合此特徵。


選項分析

(A) 228Th^{228}\mathrm{Th}

228Th^{228}\mathrm{Th} 為釷-232衰變系中的天然放射性核種,主要存在於自然界的放射性衰變鏈中,並非福島核電廠事故釋放至海洋的主要核種。

因此本選項錯誤。


(B) 137Cs^{137}\mathrm{Cs}

137Cs^{137}\mathrm{Cs} 是核分裂產物,半衰期約為 30.1730.17 年,會進行 β\beta 衰變,並伴隨具有穿透力的伽瑪輻射。

其生成方式可概念性表示為:

137Cs→137Ba+β−+νˉe{}^{137}\mathrm{Cs} \rightarrow {}^{137\mathrm{Ba}}+\beta^-+\bar{\nu}_e
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第 12 題

  1. 根據碳-14 定年法研究,請問海水最老的年紀為何?
    (A) 2500 years
    (B) 4000 years
    (C) 200 years
    (D) 1500 years
    (E) 8500 years

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核心觀念

本題考查海洋深層水的年齡與全球溫鹽環流。海水在高緯度海域下沉形成深層水後,會沿著深海盆地緩慢運動,最後再回到表層。深層水距離上次接觸大氣的時間,可用碳–14(14C^{14}\mathrm{C})定年法估算。

碳–14具有放射性,會隨時間衰變:

14C→14N{}^{14}\mathrm{C}\rightarrow{}^{14}\mathrm{N}

其半衰期約為 57305730 年。海水與大氣隔離後,水中碳–14含量逐漸降低,因此可由碳–14活度推算水團的「表觀年齡」:

t=1λln⁡(A0A)t=\frac{1}{\lambda}\ln\left(\frac{A_0}{A}\right)

其中:

  • tt:海水自最後接觸大氣以來的時間;
  • A0A_0:初始碳–14活度;
  • AA:目前測得的碳–14活度;
  • λ\lambda:碳–14衰變常數。

解題方法

深層海水形成後,受到下列因素影響:

  1. 與大氣隔離,無法快速補充新的碳–14;
  2. 長時間停留在深海中,碳–14持續衰減;
  3. 透過全球溫鹽環流逐漸向低緯度及其他海盆輸送。

碳–14研究顯示,全球海洋中最老的深層水,其年齡約為 15001500 年左右。這個數值代表深海水團的更新時間尺度,不是指海洋自形成以來已存在 15001500 年。

因此正確選項為:

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第 13 題

  1. 請問下列哪些參數技術可以用來測量海深?
    (A) 聲波 (Sonar)
    (B) 重力 (Gravity)
    (C) 鹽度 (Salinity)
    (D) 濁度 (Turbidity)
    (E) 透光度 (Transmittance)

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本題考驗對測量海深技術的認識。
(A) 聲波 (Sonar):聲納系統利用聲波的發射、反射和接收時間,結合聲波在水中的傳播速度,來精確測量海底深度,是最主要的海深測量技術。
(B) 重力 (Gravity):重力測量主要用於研究地球重力場、大地水準面、海底地形對重力的影響,或間接推斷海水密度分佈,但不能直接測量海深。

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第 14 題

  1. 請問下列哪些學說曾被用來說明海盆的形成與演化?
    (A) 火成論 Plutonism
    (B) 大陸漂移學說 Continental drift
    (C) 水成論 Neptunism
    (D) 海底擴張學說 Seafloor spreading
    (E) 板塊構造學說 Plate tectonics

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查海盆(ocean basin)形成與演化的歷史地質學說。判斷重點不是「現代科學是否仍接受該學說」,而是各學說是否曾被提出,用來解釋地球表面、海洋盆地及大陸地殼的起源與變化。

海盆形成的解釋,大致可分為:

  1. 以地球內部作用為主的學說:火成論。
  2. 以海水沉積作用為主的學說:水成論。
  3. 說明大陸位置長期移動的學說:大陸漂移學說。
  4. 說明新海洋地殼生成與海盆擴大的學說:海底擴張學說。
  5. 統整海底擴張、隱沒、地震與火山活動的現代理論:板塊構造學說。

因此,五個選項都屬於海盆形成與演化史上曾被採用或討論的解釋架構。


解題方法

本題是複選題,採「逐一判斷其歷史功能」的方法:

  • 若學說曾被用來說明地球內部、地殼或海盆的形成,選入。
  • 不要求該學說今日仍是主流理論。
  • 對於較早期的學說,須區分「歷史上曾提出」與「現代是否正確」。

依此標準逐項分析如下。


選項分析

(A) 火成論 Plutonism:正確

火成論強調地球內部的高溫、熔融物質與火成作用,認為岩石及地質構造主要受到地下熱能與岩漿活動影響。

在海盆形成的歷史解釋中,火成論可用來說明:

  • 地殼受到地球內部熱作用而破裂或變形;
  • 岩漿上升形成新的火成岩地殼;
  • 地球內部作用造成陸地與海洋地形的差異。

現代海底擴張與板塊構造學說同樣以地球內部熱能、地函對流及岩漿活動為重要基礎,因此火成論雖是早期學說,確實曾被用來解釋海盆的形成與演化。

(B) 大陸漂移學說 Continental drift:正確

魏格納提出大陸漂移學說,主張現今各大陸曾經連接成一個超級大陸,後來逐漸分裂並漂移至現今位置。

此學說可解釋:

  • 大西洋兩側大陸的形狀具有互補性;
  • 非洲與南美洲的岩層及古生物分布具有相似性;
  • 古氣候證據顯示部分大陸曾位於不同緯度;
  • 大陸分離造成海洋盆地逐漸形成。

雖然大陸漂移學說初期未能完整說明大陸移動的動力來源,但它已經直接涉及海洋盆地的生成與大陸分裂,因此本項正確。

(C) 水成論 Neptunism:正確

水成論主張許多岩石由原始海洋或水體中的沉積物沉積形成,代表人物為 Werner。此學說將海水與沉積作用視為地球表面地質演化的重要力量。

水成論曾被用來解釋:

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第 15 題

  1. 沉積物的成熟度(maturity)無法用下列哪一種因子判断?
    (A) 礦物組成(mineral composition)
    (B) 淘選度(sorting)
    (C) 顆粒形狀(grain shape)
    (D) 顆粒大小(grain size)
    (E) 孔隙度(Porosity)

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這一題的完整詳解

核心觀念

沉積物的成熟度(maturity)是指沉積物在風化、搬運與再沉積過程中,逐漸趨向穩定、均勻與適合長距離搬運的程度,通常分為:

  1. 礦物學成熟度:不穩定礦物逐漸被風化淘汰,穩定礦物(如石英)比例增加。
  2. 結構或組織成熟度:顆粒經長時間搬運與磨蝕後,通常具有較好的淘選度與較圓的形狀。

判斷沉積物成熟度時,主要觀察礦物組成與顆粒的組織特徵;孔隙度則主要受到壓密、膠結、溶解與沉積環境影響,並非成熟度的直接判準。

解題方法

逐一判斷各因子是否能反映沉積物經歷的風化與搬運作用:

  • 若因子能反映不穩定礦物的減少,屬於礦物學成熟度。
  • 若因子能反映顆粒經搬運後的磨圓與分選,屬於組織成熟度。
  • 若因子主要受埋藏、壓密或成岩作用控制,則不能直接判斷沉積物成熟度。

因此,孔隙度雖然是沉積物的重要物性,但不是判斷沉積物成熟度的標準因子。

選項分析

(A) 礦物組成(mineral composition)

正確。礦物組成可判斷沉積物的礦物學成熟度。

不穩定礦物,如長石、角閃石與輝石,較容易在風化與搬運過程中被破壞;穩定礦物,如石英,則較能保存。因此,石英比例較高、易風化礦物比例較低的沉積物,通常具有較高的礦物學成熟度。

(B) 淘選度(sorting)

正確。淘選度反映顆粒大小是否均勻,是判斷組織成熟度的重要指標。

沉積物經長距離或長時間搬運後,水流或波浪能反覆將不同大小的顆粒分開,使顆粒尺寸較為一致,淘選度提高。一般而言,淘選良好的沉積物,其組織成熟度較高。

(C) 顆粒形狀(grain shape)

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第 16 題

  1. 1921年年德國天文、氣象學家韋格納(Alfred Wegener)首先提出,所有的大陸在兩億年年前曾結
    合在一起,成為盤古大陸(Pangaea),約在在多少年前開始分裂漂移,而形成目前的形狀?
    (A) 1.8×109 years
    (B) 180,000,000 years
    (C) 20,000,000 years
    (D) 28,000,000 years
    (E) 18,500,000 years。

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查大陸漂移學說與盤古大陸(Pangaea)的分裂年代。

韋格納提出,大陸在地質歷史上曾經聚合成一個超級大陸,稱為盤古大陸,後來因板塊運動而逐漸分裂、漂移,形成今日各大陸的相對位置。

盤古大陸約在距今 2 億年前開始分裂,其中較常用的概略年代為:

180 Ma=180,000,000 年前180\ \text{Ma}=180,000,000\ \text{年前}

其中 Ma\text{Ma} 表示「百萬年前」。

解題方法

題幹已指出盤古大陸約在兩億年前開始分裂,要求判斷最接近的年代。

將各選項換算成相同單位:

  • 1.8×1091.8\times10^9 年 = 18 億年前
  • 180,000,000180,000,000 年 = 1.8 億年前
  • 20,000,00020,000,000 年 = 2,000 萬年前
  • 28,000,00028,000,000 年 = 2,800 萬年前
  • 18,500,00018,500,000 年 = 1,850 萬年前

題幹所說的「約兩億年前」等於約 200,000,000200,000,000 年,因此最接近的是:

180,000,000 年前180,000,000\ \text{年前}

故選 (B)({\rm B})。

選項分析

(A)1.8×1091.8\times10^9 years

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第 17 題

  1. 海洋中已知最老的岩層為侏羅紀,出現哪個海域?
    (A) 南太平洋
    (B) 北大西洋
    (C) 西北太平洋
    (D) 南極海
    (E) 北極海

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這一題的完整詳解

核心觀念

海洋地殼主要由玄武岩組成,形成於中洋脊的海底擴張作用。新洋殼在中洋脊生成後,隨著板塊向兩側移動;當海洋地殼到達海溝,便會隱沒至地函中。

因此,海洋地殼的年齡通常不會像大陸地殼那樣久遠。現今海洋中最老的海洋地殼約形成於侏羅紀,年齡約為 1.81.8 億年,主要保存於西北太平洋一帶。

解題方法

判斷海洋中最老岩層的位置,關鍵在於海底擴張與板塊隱沒:

  1. 中洋脊不斷產生新的海洋地殼。
  2. 老的海洋地殼會在海溝隱沒。
  3. 海洋盆地若具有長期穩定、較少被隱沒破壞的區域,較容易保存古老海洋地殼。
  4. 現今已知最老的海洋地殼分布於西北太平洋,屬侏羅紀岩層。

所以正確海域為西北太平洋。

選項分析

(A) 南太平洋:錯誤

南太平洋海底大多屬於相對年輕的海洋地殼,許多區域受到海底擴張、海嶺活動及板塊隱沒作用影響,並非現今已知最老海洋地殼的主要保存區。

(B) 北大西洋:錯誤

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第 18 題

  1. 根據生物 Q10溫度定律,大多數的冷血動物Q10溫度係數的值為下列何者?
    (A) ~20
    (B) ~2
    (C) ~1
    (D) ~10
    (E) ~5

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查生物的 Q₁₀ 溫度係數。Q₁₀ 用來表示溫度每升高 10∘C10^\circ\mathrm{C} 時,生理或代謝反應速率增加的倍數,定義為:

Q10=(R2R1)10T2−T1Q_{10}=\left(\frac{R_2}{R_1}\right)^{\frac{10}{T_2-T_1}}

其中:

  • R1R_1、R2R_2:溫度 T1T_1、T2T_2 下的反應速率或代謝速率
  • T1T_1、T2T_2:兩個測量溫度,單位可用攝氏溫標表示,但溫差必須以 ∘C^\circ\mathrm{C} 計算

若溫度相差正好 10∘C10^\circ\mathrm{C},公式簡化為:

Q10=R2R1Q_{10}=\frac{R_2}{R_1}

因此,Q10≈2Q_{10}\approx 2 表示溫度升高 10∘C10^\circ\mathrm{C},反應速率約變為原來的 22 倍。

解題方法

冷血動物,也稱為變溫動物,其體溫主要受到外界環境溫度影響。溫度升高時,體內酵素反應速率、呼吸作用與整體代謝速率通常會增加。

在適合生理活動的溫度範圍內,多數冷血動物的代謝速率每升高 10∘C10^\circ\mathrm{C} 約增加 22 倍,因此其生物 Q₁₀ 值通常約為:

Q10≈2Q_{10}\approx 2

所以正確選項為 (B) ~2。

選項分析

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第 19 題

  1. 以下生物體內哪一個化合物可以穩定魚體內蛋白質免遭水壓破壞?
    (A) 玉米黃素 Zeaxanthin
    (B) 鈷胺素 cobalamins
    (C) 褐藻素 Fucoxanthin
    (D) 二甲基硫 Dimethyl sulfide
    (E) 氧化三甲胺 Trimethylamine N-oxide

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這一題的完整詳解

本題考驗對深海生物適應高壓環境的化學機制,特別是穩定蛋白質的化合物。
深海生物體內積累的「壓力適應性溶質」(piezolytes)能夠穩定蛋白質結構,抵抗高壓。
(A) 玉米黃素 (Zeaxanthin):類胡蘿蔔素,抗氧化劑。
(B) 鈷胺素 (Cobalamins):維生素 B12,參與代謝。

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第 20 題

  1. 請問根據近代海洋多樣性研究,海洋中已知有多少物種?
    (A) 350萬種
    (B) 220萬種
    (C) 650萬種
    (D) 420萬種
    (E) 550萬種

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這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查近代海洋生物多樣性研究對「海洋物種總數」的估計。

海洋物種數量可分為兩個概念:

  1. 已正式命名與描述的物種:當時約為數十萬種。
  2. 依據分類學、採樣資料與統計模型推估的海洋物種總數:約為 220 萬種。

本題各選項皆以「百萬種」為單位,因此所問並非已完成正式命名的物種數,而是近代研究所估計的海洋物種總量。

解題方法

近代海洋多樣性研究普遍指出,海洋中仍有大量物種尚未被採集、辨識與正式命名。研究者根據已發現物種與分類群的分布,配合統計外推,估計海洋中真核生物物種總數約為:

Nmarine species≈2.2×106N_{\text{marine species}} \approx 2.2 \times 10^6

也就是約 220 萬種。

因此選擇:

(B) 220萬種\boxed{\text{(B) }220\text{萬種}}

選項分析

  • (A) 350萬種:錯誤。
    此數值高於近代研究普遍採用的約 220 萬種海洋物種估計值,並非本題所對應的標準答案。
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其他考古題