歡迎來到「人類對環境的影響」！
各位未來的生物學家你們好！這一章非常重要，因為它將我們學過的所有生態系統知識與我們身處的世界聯繫了起來。人類活動——包括工業與農業——對自然循環和生態系統產生了巨大的影響。
如果某些概念看起來很複雜，不用擔心；我們會把它們拆解成簡單、易懂的部分。學完這一章後，你將了解人類活動如何導致空氣和水污染、森林砍伐引起的棲息地破壞，以及增強型溫室效應。
學習目標： 掌握空氣污染、水污染（污水與肥料富營養化）、增強型溫室效應以及森林砍伐所帶來的生物學後果。
第一節：空氣污染
空氣污染主要來自車輛、發電廠和工業中燃燒化石燃料（如煤、石油和汽油）。
1. 一氧化碳 (\(CO\))
- 來源： 當化石燃料在氧氣供應不足的情況下燃燒（不完全燃燒）時形成，特別是在車輛引擎和故障的鍋爐內。
- 生物學後果： 一氧化碳是一種有毒、無色且無味的氣體。吸入後，它會不可逆地與紅血球中的血紅蛋白結合，形成碳氧血紅蛋白（carboxyhaemoglobin）。
- 這會阻止血紅蛋白攜帶氧氣，大幅降低血液的攜氧能力。這可能導致窒息、昏迷甚至死亡。
2. 二氧化硫 (\(SO_2\)) 與酸雨
- 來源： 燃燒含有硫雜質的化石燃料（特別是煤和重油）時釋放。
- 酸雨的形成： 二氧化硫溶解在雲層中的水蒸氣中，形成稀硫酸 (\(H_2SO_4\))。降雨時，便會以酸雨的形式降落（pH 值低於 5.5）。
- 生物學後果：
- 水生生態系統： 使淡水湖泊和河流酸化，導致有毒的鋁離子淋溶滲入水中，從而損害魚鰓並殺死水生生物。
- 森林和土壤： 直接損害樹葉和根毛，並將土壤中必需的礦質離子（如鎂和鈣）淋溶沖走，阻礙植物生長。
- 腐蝕作用： 腐蝕石灰岩建築和金屬結構。
第二節：水污染
1. 污水造成的水污染
- 污水含有大量的有機廢物和好氧細菌，以及溶解的清潔劑和礦質離子。
- 如果未經處理的污水進入水體，分解者（好氧細菌）會迅速繁殖並以有機物為食，進行好氧呼吸。
- 這種快速的好氧呼吸會消耗水中大量的溶解氧（高生化需氧量）。
- 氧氣水平的急劇下降會使魚類和其他水生動物窒息，導致淡水生物大規模死亡。
2. 肥料淋溶引起的富營養化
富營養化是指農用肥料中過量的礦質離子（特別是硝酸鹽和磷酸鹽）被沖刷或淋溶進入河流和湖泊時所引發的現象。
富營養化的詳細機制：
- 淋溶作用： 大雨將農田土壤中可溶性的硝酸鹽和磷酸鹽肥料沖刷進附近的溪流和湖泊中。
- 藻華： 高濃度的養分導致水面的藻類迅速生長和繁殖（藻華，algal bloom）。
- 遮蔽陽光： 稠密的藻類層阻擋了陽光穿透，使生長在水面下的水生植物無法接收光照。
- 植物死亡： 沉水植物無法再進行光合作用，因而死亡。
- 細菌分解： 分解者（好氧細菌）以死亡的植物殘體和死藻類為食，數量大量繁殖。
- 氧氣耗盡（缺氧）： 隨著細菌進行好氧呼吸，它們幾乎消耗了水中所有的溶解氧。
- 水生生物死亡： 魚類和其他水生生物因缺氧而窒息死亡。
第三節：溫室效應與全球變暖
溫室效應是一個自然過程，地球大氣層中的溫室氣體吸收並捕捉來自地球重新輻射的紅外線輻射，從而維持足以支持生命生存的溫暖溫度。
增強型溫室效應
人類活動向大氣中釋放了過量的溫室氣體。這層更厚的氣體層捕捉了過多的紅外線輻射，增強了自然的溫室效應，導致全球平均表面溫度上升（全球變暖）。
五種溫室氣體及其人為來源：
- 水蒸氣 (\(H_2O\))： 自然存在；隨著氣溫升高導致海洋蒸發加劇，大氣中的水蒸氣含量隨之增加。
- 二氧化碳 (\(CO_2\))： 主要由交通和發電中化石燃料的燃燒，以及森林砍伐期間焚燒和清理森林所產生。
- 甲烷 (\(CH_4\))： 來自牛和牲畜養殖（消化過程）、淹水稻田中的細菌，以及垃圾填埋場中تان有機廢物的分解。
- 一氧化二氮 (\(N_2O\))： 來自施用了過量氮肥的農業土壤、車輛廢氣排放以及工業化學過程。
- 氯氟化碳（CFCs）： 以前用於氣溶膠噴霧劑推進劑、雪櫃／冷氣機製冷劑以及泡沫塑料製造的合成化合物。
全球變暖的生物學後果：
- 極地冰蓋和冰川融化： 導致海平面上升和低窪沿海棲息地被淹沒。
- 氣候變化與極端天氣： 降水模式改變，導致某些地區出現嚴重乾旱，而其他地區則發生洪水。
- 棲息地喪失與物種滅絕： 生物無法適應轉變的氣候帶或失去其棲息地（例如：極地物種、海水變暖導致的珊瑚礁白化）。
- 物種分佈改變： 害蟲、疾病媒介（如攜帶瘧疾的蚊子）和傳粉媒介遷移到新的地區。
第四節：森林砍伐（卷二課程內容）
森林砍伐是指大規模、永久性地砍伐樹木和森林，主要是為了開墾土地用於農業（牧牛和種植作物）以及獲取木材。
森林砍伐的生物學後果：
1. 礦物質淋溶
- 樹木能截留雨水，其根部能從土壤中吸收礦物質。
- 當樹木被移除後，大雨直接降落在土壤上，將可溶性礦質離子（硝酸鹽、磷酸鹽）沖刷到土壤深處並流入水體（淋溶作用），導致土壤貧瘠且缺乏養分。
2. 水土流失
- 樹根將土壤顆粒固著在一起，樹冠則保護土壤免受暴雨的直接衝擊。
- 沒有了樹根，鬆散的表土會迅速被雨水沖入河流或被風吹走（水土流失），阻礙植被重新生長。
3. 破壞水循環
- 樹木透過根部吸收水分，並透過蒸騰作用將大量水蒸氣釋放到大氣中，促進雲層形成和降雨。
- 移除樹木會大幅減少蒸騰作用，導致降雨減少，使當地氣候變得更乾燥、更容易發生乾旱（荒漠化）。
4. 破壞大氣氣體的平衡
- 樹木在光合作用過程中吸收 \(CO_2\) 並釋放 \(O_2\)。
- 森林砍伐意味著透過光合作用從大氣中移除 \(CO_2\) 的樹木減少。
- 此外，砍伐的樹木經常被焚燒（燃燒作用）或被分解者分解（好氧呼吸），將儲存的碳以 \(CO_2\) 的形式釋放出來。
- 這種不平衡提高了大氣中的 \(CO_2\) 水平並降低了 \(O_2\) 的產生，加劇了增強型溫室效應。
本章總結與快速複習
必背重點：
- \(CO\)： 與血紅蛋白結合形成碳氧血紅蛋白，降低血液運氧能力。
- \(SO_2\)： 溶解在大氣水蒸氣中形成酸雨，損害水生生物、森林和土壤。
- 富營養化： 肥料淋溶 -> 藻華 -> 陽光被阻擋 -> 沉水植物死亡 -> 細菌分解有機物並進行呼吸 -> 氧氣耗盡 -> 魚類窒息死亡。
- 溫室氣體： 水蒸氣、\(CO_2\)、\(N_2O\)、\(CH_4\) 和 CFCs。
- 森林砍伐的影響（卷二）： 淋溶作用、水土流失、破壞水循環（蒸騰作用減少）以及破壞大氣氣體平衡（\(CO_2\)/\(O_2\)）。