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科學與科技科課程 環境科學單元 主題 我們的地球資源 環境科學課程香港中文大學 目錄 課題一 地球資源的重要課題二 野生動物與自然生境課題三 金屬資源課題四 作為能源的石油課題五 源自石油的有用物料 塑膠 地球資源分為 可再生資源 迅速再生和更新 如太陽能和潮汐能潛在可再生資源 緩慢再生和更新 如肥沃土壤 植物和動物不可再生資源 儲備有限 不能在短期內 如一世紀 再生 如化石燃料和金屬礦物 人均可耕地 潛在可再生資源 百萬年前在海和湖的浮游動植物的殘餘物千百年來一層層的沉澱物覆蓋其上厭氧細菌分解這些殘餘物 把它們轉化成碳氫化合物 不可再生資源 石油 從礦石中提取金屬碳還原法金屬氧化物和碳產生反應而被還原成金屬高溫下 200OC 碳可還原金屬氧化物 如氧化銅和氧化鋁高溫加熱2CuO s C s 2Cu s CO2 g 氧化銅與碳在高溫加熱變成銅和二氧化碳需更高溫才可還原活 反應 性強的金屬 如鉀和鈉 氧化物 金屬資源 礦物是天然的無機元素 地殼成份 不可再生資源 AlrecyclinginHK 1 Collectscrappedmaterials 2 Useheavydutycrushingmachinetocrushthematerials3 Separatethedamagedproductstodifferentcategoriessuchassteel copper aluminum etc4 Meltingthemrespectively5 Producesotherproducts Wastemetals includingaluminum Disposalbypackupandcrush Suggestedactivity RecyclingindustryinHK RecycleratesatCommonRecyclablematerials 支持所有生命石油和煤 能源非金屬物質 用於建築 如大理石和石棉金屬物質 營養素 如鉀無機營養物 身體健康 如磷和鉀 營養素循環鑽石和其它寶石 珍貴的資源 通用貨幣 重要的地球資源 野生動植物與自然生境 營養素 養份 循環所有生物需要營養來維持生命 生長和繁殖營養是生命的基本單位 有機化合物 如糖 蛋白質 及無機元素 如氧 氮 磷 鈣和鉀營養可從大氣 水體 泥土 岩石及生物體之間再循環而結合 或由陽光間接得到 元素循環 碳循環 氮循環 自然淨化系統 生物的碳 澱粉 葡萄糖 脂肪等形式環境的碳 石油和煤等 大氣和水的碳 二氧化碳 食物鏈 食物網 草原上的食物網 營養素循環 生物 氮於混合物 如 DNA 蛋白質 降解蛋白質釋放氨 阿摩尼亞 進而形成亞硝酸鹽及硝酸鹽閃電和人工化學物 如肥料 產生硝酸鹽大氣氮78 氮營養緩慢循環 AnimationoftheNitrogenCycle Copyright1998 ThomasM Terry TheUniversityofConn http www sp uconn edu terry 229sp02 lectures Ncycleanim html 氮循環 Nisalimitingnutrientinmostundisturbednaturalsystem Nitrogenfixation AtmosphericNitrogentoAmmonia Free livingcyanobacteriaandcyanobacterialassociatesoflichens Bacteriaformsymbiosiswithleguminousplantsbearingrootnodules e g Rhizobiumwithacacias peas beans clover etc Nitrogenfixationisanenergy expensiveprocess Thismayconsume20 ofthetotalphotosynthate RootnodulesofClover TheassociationofAzollawherecyanobacteria Anabaenaazollae areharbouredintheleaves areimportantfornitrogeninputsinricepaddies especiallyifthefernisallowedtogrowandthenploughedintothesoiltoreleasenitrogenbeforethericecropissown Lichen SoybeanandNitrogenFlow AtmosphericNitrogen SymbioticFixation 2 3 SoilNitrogen Uptake 1 3 AminoAcids Proteins SecondaryMetabolites AnimalandHumanConsumption Fertilizers Ammoniaisreleasedfrombreakdownofnitrogenouswastesfromfishes Fish asteadysupplyofammonia Ammoniaistoxic Nitrifyingbacteriainwaterandfilterbedconvertammoniaintonitriteornitrate Themaximumlong termlevelofammonia Ninmg L ppm atagiventemperatureandpH Remediesforammoniatoxicity Asequenceofpartialwaterchangestodiluteammoniatosaferconcentrations Addchemicals e g zeolite toneutralizeammonia 建議學習活動 野生動植物與自然生境 全球環境和各種陸地群落區 Prioritizationofgeneticresourcesforscreeningpurposes Laird Kate 1999 Recentinventoriesofnaturalproducts contain164 000entriesand as1996 approximately30 000bioactivenaturalproductshadbeendescribed Bacteria 33 Fungi 26 Plants 27 andanimalsources 13 Henkeletal 1999 7classesofbiogenicmolecularskeletons alkaloids peptidesandproteins fattyacids polyketides shikimatesandcarbohydrates Drugefficacy supplyorfeasibilityofchemicalsynthesis andcommercialproductionsource Themaindriversofbiotechnologyareeconomic marketpull technologicalpracticability andpublicdemand andacceptance eachofwhichreflectthepositionsoftherespectivestakeholders industry governmentandsociety 世界自然保育方案 WordConservationStrategy 建立環境的倫理概念 使人類與其所依賴的自然世界取得和諧 目標 1 認識自然資源的價值以及維持此自然資源的生態過程 2 認識環境所受威脅與傷害 3 鼓勵改善環境 Suggestedactivity FieldtriptoMaiPoMarshes WetlandParkVirtualFieldtriptoTungPingChau 生態服務支持生物多樣性和維持生態完整 空氣和水 礦物資源 氣候控制養份循環泥土形成和更新可再生能源資源 不可再生能源資源 潛在可再生資源自然蟲害和疾病控制 移除污染物廢物和自然淨化系統 生態旅游 審美和娛樂方面的重要美麗景觀的組成部分 為人們提供娛樂生態旅游 其中一個經濟收入來源 自然生境與野生生物面臨的威脅人類活動 濫伐林木世界上最嚴重的環境問題 資料來源 CanadianInternationalDevelopmentAgency ForestryAdvisersNetwork CFAN www rcfa cfan org english issues 12 html UnbalancingGlobalNCycle SoilDeterioration Eutrophication AirPollution 城市發展 滋擾野生生物的生境導致自然生境的碎裂甚或喪失 滋擾建築堤壩作水力發電 香港具代表性的景點 維多利亞港 保護與管理有效地資源管理人類是自然的一部分 不應只開發資源而不考慮自然生態有效管理的意義是 套用關於自然和如何控制環境的知識建立和跟隨自然的節奏 維持可持續產量 如生態旅游 可持續漁業和人工魚礁等 人工漁礁 立法保護物種及生境為維持生物多樣性 需實施保護瀕危物種的措施 香港法例第187章 生境保護成立4個海岸公園和1個海岸保護區 包括東平洲海岸公園地區內捕魚受到限制以保護海洋生境成立具特殊科學價值地點 理想保護區的設計 可持續林業的概念有效管理保護區是維持木材和非木材產品的可持續產量可持續林業容許收集木材 但需有適時的植林計劃 濕地是鳥類 魚類和眾多生物的覓食地和休憩地 WWF HK SingTao 環境影響評估 任何基建發展 都需向政府提交計劃及環境影響評估報告 環境保護署署長需諮詢漁農自然護理署署長的意見 才決定是否批准環境許可證 以允許工程進行 建議學習活動 進行角色扮演 模擬一個社區在決定某項發展項目時 須考慮的各種因素 課題四 作為能源的石油 甚麼是石油 它是如何形成 厚和暗褐色的油性液體碳氫化合物的複雜混和物其它化合物 如硫 氮和氧的化合物 百萬年前浮游動植物的殘餘物厭氧細菌分解這些殘餘物 把它們轉化成碳氫化合物 石油分餾石油精煉過程分餾把原油分為不同餾分一組組的餾 不同的碳氫化合物有不同的密度和沸點加熱直至原油原油沸騰蒸發 蒸汽在分餾柱中上升分餾柱為水平間隔 蒸汽從一個間隔上升到另一個間隔較輕餾分如煉油氣和汽油在分餾柱頂部凝結較重餾分如潤滑油和瀝青在底部凝結 把石油變成我們日常生活中使用的能源不同石油餾分的用途 如 液態氣體是家居煮食的燃料汽油和煤油分別是車輛和噴射機的燃料較重餾分是船和工廠的燃料最重餾分可作道路上的瀝青 Fractionaldistillationofcrudeoilandtheusesofdifferentfractions 石油餾分的需求不一樣運輸業 工業和發電需要大量較輕石油餾分 令其日益短缺石油的裂解裂解 較重餾分 提供多些較輕餾分裂解過程在高溫 高壓和缺乏空氣的情況下進行 裂解 把長鏈碳氫化合物分解為短鏈碳氫化合物的過程 建議學習活動 示範裂解藥石蠟的實驗 加入催化劑如氧化鋁與氧化硅 的混合物 催化劑增加化學反應的速率 反應後仍保持不變 這是催化裂解 可增加裂解過程的速率 其中一個裂解反應過程 過程中癸烷被裂解成己烷和丁 1 烯 裂解 把長鏈碳氫化合物分解為短鏈碳氫化合物的過程 使用石油作為燃料會產生的問題 排放空氣污染物酸性氣體燃料如汽油和柴油含有雜質如硫硫與大氣中的氧氣產生化學反應 形成二氧化硫燃燒燃料期間 大氣中的氧氣和氮氣產生化學反應 形成氮氧化物 NOX 形成酸雨的主要氣體 而酸雨有害於各種生物 汽車引擎產生的廢氣 懸浮粒子 石油的代替品可代替化石燃料的可再生能源 太陽能 核能 風能和水力發電等 建議學習活動 辯論使用石油提供能源的利弊或討論 生物燃料 取代石油的可行性 EnergyCrisis Chambell 2002 Oilreserve 900 1050BbDepletedwithinseveraldecades Biodiesel 生物柴油 生物柴油是 可替代能源 石油是不可再生能源 全球原油儲備有限 脂肪酸單酯Monoalkylestersoffattyacids FAMEs RCOOCH3 可生物降解 CombustiontestforFAMEs Suggestedactivity FromWastecookingoiltoBiodiesel Biodiesel 生物柴油 MingPao 引致嚴重的環境污染 威脅海洋生物的生存影響整個水生態系統 石油浮於水面 阻礙水和大氣之間的氣體交換令海洋生物窒息甚至死亡 漏油 在汽車排氣管外安裝催化轉換器 可把氮氧化物和一氧化碳轉換成無毒的氮氣和二氧化碳電腦化感應器可檢查輸油管和油輪 以避免洩漏新一代油輪安裝雙層外殼 減少漏出油量訓練油輪駕駛員和技術員 另有程序監督他們 如何減少污染 香港1997年起0 05 硫量的超低硫柴油取代0 2 硫量的低硫柴油 這降低汽車廢氣和大氣中二氧化硫的含量 課題五 源自石油的有用物料 塑膠 塑膠是石油化工的重要產品把石油和天然氣中的碳氫化合物轉化為人造聚合物聚合作用細小分子 單體 經聚合作用形成高分子質量的物質 聚合物的例子 建議學習活動 進行實驗 製造有機玻璃或尼龍 熱塑性塑膠 熱固性塑膠 結構 強力加熱下 塑膠會分解而