歡迎來到「地球資源的運用」！

在本章中，我們將探討人類如何從地球獲取生存所需的資源——例如水、熱能和材料。我們還會探討如何以可持續的方式進行這些活動，確保未來的人們也能擁有資源。如果某些過程聽起來很複雜，別擔心，我們會一步一步為你拆解！


1. 天然資源與有限資源

我們使用的一切都來自地殼、海洋或大氣。我們可以將這些資源分為兩大類：

  • 天然資源 (Natural Resources)： 例如木材、羊毛和棉花。我們經常可以使用合成（人工製造）的替代品來取代它們。例如，我們可能會用聚酯纖維（polyester）代替棉花來製作衣服。
  • 有限資源 (Finite Resources)： 這些是「一次性」資源。一旦用完，它們就消失了。例如化石燃料（煤、石油、天然氣）和金屬。它們需要數百萬年才能形成，因此我們無法快速補充。

什麼是可持續發展？

可持續發展 (Sustainable development) 是一個很宏大的術語，意思是指：「既能滿足我們當代的需求，又不損害後代人滿足其需求的能力。」

類比：想像你有一個巨大的餅乾罐。如果你今天把它們全部吃光，明天就沒有餅乾了。可持續發展就像是你吃餅乾的同時，也在以同樣的速度烤出新的餅乾！

快速回顧：有限資源 vs. 可再生資源

有限資源： 會被耗盡（例如：原油、金屬礦石）。
可再生資源： 在使用過程中可以得到補充（例如：木材、農作物）。

重點總結： 化學幫助我們找到更有效利用資源的方法，並製造人工替代品，從而保護我們的自然世界。


2. 獲取飲用水

水對生命至關重要，但並非所有的水都能安全飲用。我們使用飲用水 (Potable water) 這個詞來描述人類可以安全飲用的水。

飲用水 vs. 純水

將飲用水和純水混為一談是一個常見的錯誤。它們並不相同！

  • 純水 (Pure Water)： 100% 由 \(H_2O\) 分子組成，且不含其他任何物質。
  • 飲用水 (Potable Water)： 可能含有少量的溶解鹽類和微生物，但對人類來說是安全的。

英國如何獲取飲用水：

在英國，我們通常從河流、湖泊和地下岩層（含水層）等「淡水」來源獲取水。以下是 3 個步驟：

  1. 選擇來源： 尋找優質的淡水來源。
  2. 過濾： 水會通過濾床（通常是沙子和礫石），以去除樹葉和泥土等固體雜質。
  3. 消毒： 殺滅任何有害微生物（細菌）。我們可以使用氯 (chlorine)、臭氧 (ozone) 或紫外線 (UV light) 來完成。

如果沒有淡水怎麼辦？

在非常乾旱的國家，人們必須使用鹹的海水。去除水中鹽分的過程稱為脫鹽 (desalination)。這可以通過兩種方式完成：

  • 蒸餾法： 將水煮沸使其變成蒸汽，然後冷卻回液體，將鹽分留在後面。
  • 反滲透法： 將水推過特殊的薄膜，該薄膜可以阻擋鹽分，但允許水分子通過。

註：這些方法需要大量的能量，這使它們非常昂貴！

重點總結： 飲用水並不一定是「化學純淨的」，但它必須不含危害健康的細菌，且溶解鹽類必須在安全水平之內。


3. 廢水處理

當你沖廁所、洗澡，或是雨水從街道流走時，這些「廢水」在排回河流之前必須經過淨化。如果我們不處理它們，它們會傳播疾病並殺死魚類。

逐步解析：處理過程

  1. 篩選： 水通過金屬網格，以去除碎布、樹枝和塑膠等大型物體。
  2. 沉澱： 水在大型水槽中靜置。較重的顆粒沉入底部形成污泥 (sludge)，而較輕的水（流出物/effluent）則留在上方。
  3. 需氧生物處理： 我們將空氣泵入流出物中。這會鼓勵「益菌」吃掉殘留的有機物質和微生物。
  4. 厭氧消化： 底部的污泥被放入密封且無空氣的罐中。不同的細菌會分解它，產生沼氣 (biogas)（可用作能源）和乾燥的殘渣，這些殘渣可用作肥料。
記憶小幫手：兩個「A」

Aerobic（需氧）= 需要 Air（空氣）（用於處理液態流出物）。
Anaerobic（厭氧）= No Air（無空氣）（用於處理固態污泥）。

重點總結： 污水處理是一種巧妙的方法，利用細菌「吃掉」水中的廢物，使水能夠安全地返回自然環境。


4. 提取金屬的替代方法（僅限進階課程）

我們的高品位銅礦（含有大量金屬的岩石）快要用完了。科學家們已經發現了兩種從「低品位」礦石（含金屬量很少的岩石）中獲取銅的「綠色」方法。

植物採礦法 (Phytomining)

這種方法利用植物來完成工作！過程如下：

  1. 在含有低品位銅的土壤中種植植物。
  2. 植物吸收銅並將其儲存在葉子中。
  3. 收割植物並將其焚燒。
  4. 灰燼中含有銅化合物，可以進一步處理以提取金屬。

生物浸出法 (Bioleaching)

這種方法利用細菌來完成工作！

  • 將細菌與低品位礦石混合。
  • 細菌會產生一種稱為浸出液 (leachate) 的液體，其中含有銅化合物。

我們如何取出銅金屬？

一旦我們從灰燼或浸出液中獲得了銅化合物，我們可以通過兩種方式獲取純金屬：

  • 置換法： 我們讓溶液與廢鐵反應。鐵比銅更活潑，所以它會把銅「擠」出來。使用廢鐵非常符合可持續發展原則！
  • 電解法： 使用電流將銅離子從溶液中拉出來。

重點總結： 植物採礦法和生物浸出法雖然需要較長時間，但它們對環境比傳統採礦更好，因為它們不需要在地面上挖掘巨大的坑洞。


快速複習測驗

1. 說出三種消毒水的方法：氯、臭氧、紫外線。
2. 哪種過程用於處理污水中的固態污泥？厭氧消化。
3. 木材的人工替代品稱為什麼？合成聚合物（塑膠）。
4. 為什麼脫鹽很昂貴？它需要大量的能量。

如果沒有全部答對也不用擔心——回頭重新閱讀該章節即可。你做得到的！