108 年 國立臺灣大學環境工程研究所規劃與管理組《環境科學概論（B）》

此題考驗對「微塑膠」（microplastics）定義的理解。根據原文（頁 1，第 2 段）：「Typically considered to be smaller than 5 mm in diameter, microplastics are ill defined by size, with ranges that vary between studies. In most open-water studies, microplastics are measured with plankton nets, and particles smaller than the net mesh (typically ~0.33 mm) can evade capture. In marine sediment, bulk sampling can retain particles of all sizes; however, efficient identification is a serious challenge in quantifying microplastic loads, especially with decreas

此題旨在辨識哪些選項「不是」海洋微塑膠的來源。
原文（頁 1，第 3 段）指出：「The sources of microplastic include fragmentation of larger items entering by rivers, runoff, tides, winds, and catastrophic events, together with at-sea sources, including lost cargo and fishing and aquaculture gear. There are also direct inputs of microplastics as micrometer-sized particles, such as cosmetic beads and clothing fibers that

此題要求找出「不是」關於微塑膠的環境關切點。
原文（頁 1, 第 4 段；頁 2, 第 1 段；頁 2, 第 2 段）提到了多項關於微塑膠的關切：
a) 「Plastic debris readily accumulates harmful chemicals such as dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), polychlorinated biphenyls (PCBs), and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) from seawater worldwide (11), increasing their concentration by orders of magnitude.」這與選項 a) 相符。
b) 「There is also concern that plastic debris might release monomers and potentially toxic additives such as plasticizers, flame retardants, and antimicrobial agents that are incorporated into plastics during manufacture.」這與選項 b) 相符。

此題要求判斷何種單位最適合用來表示水體中微量污染物（如 DDT 或 PBDEs）的濃度。
DDT 和 PBDEs 是化學物質，通常以質量或莫耳數表示其濃度。水體中的污染物濃度通常以質量/體積（如 µg/L, mg/L, ng/L）或質量/質量（如 ppm, ppb）來表示。

選項分析：
a) 10 µg/L：這是微克/升，表示污染物質量與水體體積的比例，是常見的污染物濃度單位。原文（頁 2, 第 4 段）也提到「Plastic debris readily accumulates harmful chemicals such as dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), polychlorinated biphenyls (PCBs), and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) from seawater worldwide (11)

核心觀念

污染物在水中與沉積物之間的分配，常以有機碳分配係數 $K_{oc}$ 或辛醇／水分配係數 $K_{ow}$ 評估。通常係數越大，代表物質越容易離開水相、附著於沉積物中的有機質；係數越小，沉積物吸附潛勢越低。

解題方法

原頁掃描圖未包含題目所指的表格，因此缺少表中直接比較的數值。依常見的辛醇／水分配係數資料，三者的相對大小為：DDT、DEHP 均高於 triclosan；其中 triclosan 的疏水性與沉積物吸附潛勢較低。因此，合理假設表格呈現的是這類分配係數時，選 triclosan。

選項分析

此題要求解釋 5a 題的選擇。
在 5a 題中，我們選擇 Triclosan 作為吸附到沉積物潛力最低的物質。解釋如下：

根據表格提供的 log Kow 值，我們可以判斷這些物質的疏水性程度。log Kow 是辛醇/水分配係數的對數值，它反映了物質在有機相（如沉積物中的有機質）和水相之間的分配比例。log Kow 值越高，表示物質越偏好溶解在有機相中，因此越容易被吸附到含有有機質的沉積物上。

• Triclosan 的 log Kow 值為 4.8。
• DEHP 的 log Kow 值為 7.6。
• DDT 的 log Kow 值為 6.9。

此題要求根據表格資訊，判斷 Triclosan, DEHP, DDT 中，何者對海洋哺乳動物的潛在毒性較高，且較令人擔憂。判斷依據主要來自「log Kow」值以及其對應的「環境行為」和「生物累積」的潛力。

判斷依據：

1. log Kow 值與生物累積/毒性：

   • log Kow 值越高，表示物質的疏水性越強，越容易穿透生物細胞膜，在生物體內累積（生物累積，bioaccumulation），也越容易與生物體內的蛋白質等分子結合，產生毒性。
   • 一般而言，log Kow 值在 3-5 之間的化合物容易在生物體內累積，而 log Kow 值大於 5 的化合物則有更高的生物累積潛力。

2. 文獻資訊與原文關聯：

   • 原文提到：「Microplastics readily accumulates harmful chemicals... increasing their concentration by orders of magnitude.」；「There is also concern that plastic debris might release monomers and potentially toxic additives...」
   • 原文也提到：「Plastic debris readily accumulates harmful chemicals such as dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), polychlorinated biphenyls (PCBs), and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) from seawater worldwide (11), increasing their concentration by orders of magnitude.」
   • 原文還提到：「This emerging evidence of harm comes primarily from laboratory studies. It is unclear whether microplastics in the environment transport chemicals to biota in concentrations high enough to cause substantial damage. The potential for harm from microplastics could increase with decreasing particle size, but size distributions and generation and degradation rates are essentially unknown, and the resulting effects on natural populations are difficult to ascertain. Nevertheless, ingestion of microplastics by mammals, fish, birds, and invertebrates is now well documented. Although quantities can be low, the widespread incidence in natural populations together with evidence of potentially harmful effects is cause for concern. Major questions remain about the risks from microplastics to marine organisms and ecosystems, as well as to food safety and public health. Research is urgently needed on the behavior of different polymers in the environment, including fragmentation, chemical release, degradation, transport, and accumulation; the rate at which organisms encounter microplastics, based on particle size and degradation time; and the physical, chemical, and interactive risks to organisms from these encounters, including possible magnification with increasing trophic level (biomagnification).」
   • 原文中的表格列出了 Triclosan, DDT, DEHP 三種物質，並提供了它們的分子量 (MW)、pKa、log Kow 和沸點、熔點。其中，DDT 和 DEHP 的 log Kow 值都較高，分別為 6.9 和 7.6，顯示其較強的疏水性和生物累積潛力。Triclosan 的 log Kow 值為 4.8，相對較低，但仍有生物累積的潛力。

分析：

• DDT (log Kow = 6.9)：DDT 是一種歷史悠久的殺蟲劑，其高 log Kow 值表明它具有很強的生物累積性，並且已被證實對生態系統和生物體（包括哺乳動物）具有廣泛的毒性，包括神經毒性、內分泌干擾、致癌性等。原文也明確提及 DDT 是「harmful chemicals」之一。
• DEHP (log Kow = 7.6)：DEHP 是一種常見的塑化劑，其 log Kow 值最高，表示其生物累積潛力最為顯著。DEHP 屬於鄰苯二甲酸酯類，已被證實具有內分泌干擾作用，可能影響生殖系統和發育，對哺乳動物構成潛在風險。
• Triclosan (log Kow = 4.8)：Triclosan 是一種抗菌劑，log Kow 值相對較低。雖然它仍有生物累積潛力，且對某些生物（如藻類）有毒性，但與 DDT 和 DEHP 相比，其對哺乳動物的長期毒性及環境累積的擔憂程度可能略低。然而，Triclosan 的使用量大，且與抗藥性、內分泌干擾等問題有關。

此題為申論題，要求解釋五個環境科學相關名詞及其環境關切點。

a) Environmental justice (環境正義)

• 定義：環境正義是指所有人在環境保護、環境決策和環境資源分配上享有公平的待遇和參與的權利，不受種族、膚色、國籍或收入水平的影響。它強調環境負擔（如污染、有害物質暴露）和環境利益（如乾淨的空氣、水、綠地）的公平分配。
• 環境關切：
  • 環境不平等：許多研究顯示，低收入社區和少數族裔社區往往不成比例地承受較高的環境污染和環境風險，例如居住在工業區附近、垃圾掩埋場或有害廢棄物處理設施旁。
  • 決策參與不足：這些社區在環境決策過程中，往往缺乏足夠的發聲機會和參與權，導致其環境需求和權益被忽視。
  • 健康影響：長期的環境污染暴露會導致這些社區居民面臨更高的健康風險，包括呼吸道疾病、癌症、心血管疾病等。
  • 社會穩定：環境不公可能加劇社會緊張和不穩定，影響社區的整體福祉。

b) Low impact development (LID) (低衝擊開發)

• 定義：低衝擊開發 (LID) 是一種土地開發和雨水管理的方法，旨在最大限度地減少開發活動對水文循環和環境的影響。它強調在開發過程中保留或模仿自然的排水模式，並盡可能就地處理雨水，使其滲透、蒸發或被植被吸收，以減少徑流、污染物和水土流失。
• 環境關切：
  • 水質保護：通過減少徑流和就地處理雨水，LID 可以有效攔截和過濾污染物（如沉積物、營養鹽、重金屬、油污），保護地表水和地下水的水質。
  • 水文循環：LID 旨在維持或恢復開發前的滲透、蒸發和蒸騰作用，減少雨水徑流量和尖峰流量，減緩對下游排水系統和河流的衝擊，有助於維持生態系統的健康。
  • 生態棲地：LID 措施（如綠屋頂、透水鋪面、雨水花園）可以提供植物生長空間，增加城市綠地，為生物提供棲息地，並有助於降低城市熱島效應。
  • 永續發展：LID 是實現永續城市發展的重要途徑，它將環境保護融入開發規劃，創造更健康、更具韌性的居住環境。

c) Volatile organic compounds (VOCs) (揮發性有機物)

• 定義：揮發性有機物 (VOCs) 是指在常溫常壓下容易揮發的有機化合物。它們的沸點通常較低，蒸氣壓較高。VOCs 的來源非常廣泛，包括工業生產、交通運輸、建築材料、清潔劑、溶劑、燃料燃燒，以及植物的自然排放。
• 環境關切：
  • 空氣污染：許多 VOCs 是光化學反應的前體物，在大氣中與氮氧化物 (NOx) 在陽光照射下反應，生成臭氧 (O3) 和其他二次污染物，導致光化學煙霧。地面臭氧是一種有害的空氣污染物，會刺激呼吸道，損害植物生長。
  • 健康危害：部分 VOCs 對人體健康有害，具有致癌性、致突變性、生殖毒性或神經毒性。

此題要求解釋「水-能源關聯性」(water-energy nexus) 的意義。

水-能源關聯性 (Water-Energy Nexus)

• 定義：水-能源關聯性是指水資源和能源系統之間相互依存、相互影響的複雜關係。簡單來說，生產和供應能源需要大量的水，而獲取、處理和輸送水也需要消耗大量的能源。這種關係是雙向的、動態的，並且在永續發展的背景下尤其重要。

• 水對能源的影響：

  • 能源生產中的用水：
    • 火力發電 (煤、天然氣、核能)：需要大量的水來冷卻發電機組。
    • 水力發電：直接利用水資源來發電。
    • 生產生物燃料：種植農作物（如玉米、甘蔗）需要灌溉用水，生產過程也需要水。
    • 煉油和天然氣開採：需要水進行冷卻、壓裂（fracking）等過程。
    • 太陽能發電 (集中式)：部分集中式太陽能發電廠需要水來冷卻集熱器。
  • 水資源短缺對能源供應的影響：當水資源短缺時，發電廠（特別是火力發電和核能發電）的運營可能會受到限制，導致能源供應不穩定或成本增加。

• 能源對水的影響：

  • 水處理和輸送：從水源地抽取、淨化（如逆滲透）、加熱、冷卻、加壓並將水輸送到用戶端，都需要消耗大量的電力和燃料。

此題要求繪製氮循環的示意圖，並包含四個主要步驟。

氮循環 (Nitrogen Cycle) 的四個主要步驟

氮循環是地球上氮元素在生物圈和非生物圈之間循環的過程。雖然氮循環包含許多複雜的轉化，但通常可以概括為以下四個主要步驟：

1. 固氮 (Nitrogen Fixation)

   • 定義：將大氣中穩定存在的氣態氮（$N_2$）轉化為生物可利用的含氮化合物（如氨 $NH_3$ 或銨離子 $NH_4^+$）的過程。
   • 方式：
     • 生物固氮：由固氮微生物（如藍綠藻、根瘤菌）完成，是最主要的固氮方式。
     • 工業固氮：例如哈柏法 (Haber-Bosch process) 合成氨（用於化肥）。
     • 大氣固氮：閃電等高能現象也能將 $N_2$ 轉化為氧化物。
   • 圖示：大氣 $N_2$ → 氨 ($NH_3$) / 銨離子 ($NH_4^+$)

2. 硝化作用 (Nitrification)

   • 定義：由硝化細菌將銨離子 ($NH_4^+$) 氧化成亞硝酸鹽 ($NO_2^-$)，再進一步氧化成硝酸鹽 ($NO_3^-$) 的過程。硝酸鹽是植物吸收氮的主要形式。
   • 步驟：
     • 銨化作用 (Ammonification) - 雖然不是硝化作用本身，但通常是前驅步驟。有機氮（如蛋白質、核酸）分解為氨。
     • 硝化作用：$NH_4^+ \xrightarrow{Nitrosomonas} NO_2^- \xrightarrow{Nitrobacter} NO_3^-$
   • 圖示：氨 ($NH_3$) / 銨離子 ($NH_4^+$) → 亞硝酸鹽 ($NO_2^-$) → 硝酸鹽 ($NO_3^-$)

3. 同化作用 (Assimilation)

   • 定義：植物和微生物吸收含氮化合物（主要是硝酸鹽 $NO_3^-$ 和銨離子 $NH_4^+$），並將其轉化為有機氮化合物（如氨基酸、核酸、蛋白質）的過程。動物則通過攝食植物或動物來獲取有機氮。
   • 圖示：硝酸鹽 ($NO_3^-$) / 銨離子 ($NH_4^+$) → (進入植物/微生物) → 有機氮 (蛋白質、核酸等)

此題要求解釋汞的生物累積/生物放大現象及其環境涵義。

汞的生物累積 (Bioaccumulation) 與生物放大 (Biomagnification)

• 生物累積 (Bioaccumulation)：

  • 定義：指生物體透過攝食、呼吸或皮膚吸收等方式，從環境中獲取某種物質（如汞），其吸收速率大於排泄或代謝速率，導致該物質在其體內濃度隨時間累積的現象。
  • 汞的生物累積：汞（特別是甲基汞 $CH_3Hg^+$）是一種對生物體毒性很高的重金屬。它在生物體內不易代謝和排出，因此會隨著生物體的生命週期而累積。例如，魚類會從水中和食物中吸收汞，並在其體內累積。

• 生物放大 (Biomagnification)：

  • 定義：指在食物鏈中，某種物質的濃度隨著營養級的升高而增加的現象。較低營養級的生物體累積的污染物，當被其上一級的捕食者攝食時，污染物會濃縮到捕食者體內。
  • 汞的生物放大：甲基汞在食物鏈中會發生顯著的生物放大。例如，浮游生物吸收微量的甲基汞；小型魚類攝食浮游生物，體內的甲基汞濃度開始升高；大型掠食性魚類（如鮪魚、旗魚）攝食小型魚類，會將這些魚體內的甲基汞進一步濃縮，導致其體內的甲基汞濃度遠高於食物鏈底層的生物。

環境涵義 (Environmental Implication)

汞的生物累積和生物放大現象，對生態系統和人類健康帶來嚴重的負面影響：

1. 對生態系統的影響：
   • 毒性效應：甲基汞對神經系統、生殖系統和發育有嚴重的毒害作用。在食物鏈頂端的掠食者（如大型魚類、海鳥、海洋哺乳動物，甚至人類）體內，累積的汞可能導致神經系統損傷、行為異常、繁殖能力下降，甚至死亡。
   • 物種滅絕風險：對某些敏感物種而言，汞污染可能威脅其生存，增加滅絕風險。