氣圈：空氣汙染與酸雨、臭氧洞、溫室效應與全球暖化、聖嬰現象、颱風、龍捲風、沙塵暴
地圈：自然地貌改變(風、河川、海洋、板塊運動、地震)、人為地貌改變(都市化、土地利用、森林減少、海平面上升)
水圈&地圈：颱風、山崩與土石流、地層下陷
生物圈：生物多樣性、外來種入侵、瀕危物種
深海生物多樣性 (Deep-sea biodiversity)及其面臨的危機
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 深海對生態環境有什麼重要意義？
2. 深海生物多樣性受到哪些威脅？人類如何面對這個挑戰？
海洋是地球上各類生命的發源地，若從比較高的分類位階（門或綱）來看，在已知的34門動物之中，有33門動物可以在海洋中被發現，其中更有16門的動物只生活在海洋中。因此，海洋是生物多樣性的寶庫。目前海洋已知的物種較少（地球上已被命名的生物約有200萬種，其中海洋生物只有約16萬種），原因可能是由於海洋中還有非常多的深海環境和生物，尚未被調查和詳細研究過。近年來，隨著深海採樣和探測工具的不斷進步，科學家在調查之後發現，深海存在著很多未知的生物，他們估計在大陸棚的海床上或更深的海底，可能擁有高達數百萬種的生物，也因此人們逐漸瞭解，深海為生物多樣性一個主要貯存庫，其生物多樣性可與熱帶雨林和淺水域珊瑚礁媲美。
全球的大氣排放 (atmospheric emissions) 和空氣污染發展趨勢 (air pollution trends)
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題:
1. 發展中國家的許多大城市目前遇到那些空氣汙染的問題?
2. 那些空氣汙染問題過去得到改善? 那些問題繼續惡化?
二氧化硫（SO2），氮氧化物（NOX）和可吸入顆粒物（PM10）
空氣污染的趨勢因為區域的不同而有變異。以二氧化硫和氮氧化物排放為例，歐洲和北美洲比較富裕國家的全國排放總量自1987 年以來一直呈下降趨勢。最近，歐洲除了關注有法規管制的陸源硫污染物排放，也注意到國際航運帶來的不受法規約束的硫化物排放的問題。而亞洲工業化國家在過去20年間，污染物排放量已經持續增加，有時增長幅度非常大。例如，2000 — 2005 年，中國的二氧化硫排放量大約增長了28%，而其氮氧化物的排放量在1996—2003年增長了50%。這種變化引起的後果就是，與1990年相比，全球二氧化硫和氮氧化物的排放量呈現持續增長的趨勢。其他工業不是特別密集的地區（非洲、拉丁美洲和加勒比地區）則有小幅度增長。
圖一：全球特定城市市區污染物的年均濃度變化趨勢 （圖片來源：GEO-4 p.52）
空氣污染物 (air pollutants) 的特性和對人類健康的影響
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 主要的空氣污染物的特性為何？
2. 空氣污染的主要成因為何？
3. 開發中國家的城市住民要承擔哪些健康的風險？
空氣污染是人類生存和環境保護必須面對的挑戰。這個挑戰也不只是一個特定區域的現象，而是會引發全球關注的公眾健康議題。除了對於人體健康產生的影響，空氣污染還會對農作物產量、森林生長、生態系統的結構和功能、材料以及空氣能見度等產生負面影響。空氣污染物一旦釋放到大氣中，就可以借助風力與其他污染物混和，發生化學變化，並最終沉降在各種物質的表面。
海洋酸化（Ocean Acidification）
台北縣中平國中自然與生活科技領域李佟位老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
由於石油、煤炭等化石燃料的使用，加上林地的大量砍伐和開發，大氣中二氧化碳的濃度在過去250年間增加了近40％，其後續所導致的全球暖化、氣候變遷等效應，也已成為全人類需共同面對的問題；但當我們將注意力集中在難以捉摸的新氣候模式時，殊不知另一場風暴，正在海洋中悄悄的形成。
由於CO2略溶於水，百年來人為所排放的二氧化碳中，便有約1/3～1/2為海水所吸收。
如上列方程式所示，二氧化碳溶解後形成碳酸（H2CO3），接著分解為碳酸氫根（HCO3–），或進一步解離為碳酸根（CO32-）。過程中釋出的氫離子（H+）使得海水pH值下降，接著影響整體的化學平衡，稱為「海洋酸化」（Ocean acidification）。
自工業革命以來，海洋的平均酸鹼值已從8.21降至現代的8.10，目前還正以每十年約0.02單位的速度酸化中。那麼，原本呈現微鹼性的海水變得「比較不鹼」，會對海洋生態造成什麼影響呢？
全球變暗現象（Global Dimming）-下
台北縣碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
三、日光減弱現象在不同地點及時間的差異
研究人員發現，在不同的時間和地點測量日光減弱現象時，會有不同的結果：
1.地點的差異：
因日光減弱而導致全球變暗的研究，主要集中在北半球，根據研究資料顯示，在大城市中日光減弱會特別明顯，主要原因是在這些地區中，通常空氣污染的程度較為嚴重。
舉例來說，在過去的50年中，美國的照光量約下降10％，部分英國地區約減少16％，以色列減少22％，俄羅斯的部分地區，光照量甚至可下跌接近30％。
2.時間的差異：
由於懸浮微粒和雲層的攔截作用，在白天會造成日光減弱，使地球溫度下降，反之，在夜晚會使地表的熱輻射減緩，減少地表熱量的散失，因此能保持地球的溫度。
四、日光減弱現象對環境的影響
由於日光減弱現象而產生的全球變暗效應，對地球環境主要有下列的影響：
1.由於全球變暗的情形日益嚴重，影響到地表水的蒸發量，會干擾到全球的水循環，使某些地區的降雨量減少，甚至可能因而導致旱災的發生。
全球變暗現象（Global Dimming）-上
台北縣碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
近年來科學家發現，自二十世紀五十年代開始，地球表面所接受到的陽光愈來愈少，產生「日光減弱」的現象（solar dimming），隨著光照量逐漸減少，導致地球變得越來越暗，這種情形則稱為「全球變暗」（Global dimming）。
根據估計，全球的光照量在60～90年代間，平均每10年大約下跌2～3％。
一、造成日光減弱現象的原因
由於燃燒化石燃料和其他能源所產生的懸浮微粒，如煤煙、粉塵或二氧化硫等，除了造成空氣污染之外，也會造成日光減弱的情形，其主要原因如下：
1.大量的懸浮微粒會使得能見度降低，減少日光到達地球表面的總量。
2.懸浮微粒會吸收太陽的能量，減少地表的光照量。
3.空氣中懸浮粒子增加，會使陽光折射而無法到達地面。
4.懸浮微粒會成為雲中小水滴的核心，當水量相等時，空氣中的懸浮微粒愈多，會凝聚成更多體積較小的小水滴，使雲量增多，但降雨反而減少，會將更多的陽光反射回太空。
逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -下
台北縣天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
1952年12月的倫敦發生了一項嚴重的空氣污染事件。12月4日因反氣旋到來而無風，逆溫現象導致非常寒冷，為了燃煤作為保暖，又加上市區內還分佈了許多以煤為主要能源的火力發電站，空氣中充滿來自燃煤後的污染物(二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、粉塵)，形成一層很厚的灰霾籠罩在倫敦上空(存在的柏油顆粒、煙塵、煙霧使其呈黃黑的顏色，因此又稱“pea souper “）。
從12月5日持續了5天至9日，而後就迅速地因天氣改變而消失。
期間由於毒霧的影響，不僅大批航班取消，甚至白天汽車在公路上行駛都必須打開大燈。倫敦雖然已經經歷許多次煙霧事件，本來不以為意。但接下來的數週中，醫療統計造成超過4000人死亡、超過10萬人因此罹患呼吸道疾病。甚至有最近的研究表明，死亡人數可能超過12000人。此一事件並推動了英國環境保護立法的進程。
逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -中
台北縣天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
(5)地面逆溫：在近地面100公尺的逆溫是常發生的，尤其在晴朗的夜晚，強烈的長波輻射作用常使近地表面的氣溫下降的比較高層大氣為快，因此逆溫層也就形成了。山谷逆溫即屬地面逆溫。在冬季山區，夜間山坡上的空氣冷卻很快，冷空氣重，於是順坡下沈聚到谷底，把谷地中原來的暖空氣抬擠上升，而形成上暖下冷的逆溫現象。
逆溫的形成常常是幾種原因共同作用的結果。無論是怎樣形成的，只要逆溫出現，對天氣均有一定影響。
逆溫層阻礙空氣的垂直運動，使得大量煙霧、水氣等聚集在逆溫層下面，使能見度降低，造成大氣污染。因為地面熱氣上升後，地面就會變冷，這種現象常常會影響該區域熱帶經濟作物，使枯萎甚至傷亡。再者，逆溫層現象像蓋一頂帽子阻止空氣對流或擴散，如果這頂帽子被任何因素破壞了，突然釋放積壓了的對流能量，加上當時的水氣，將可能發生暴風雨，甚至在寒冷氣候下可能下凍雨或造成冰暴的災害。在美國中西部，這種現象也可能發生在龍捲風之前。
另外，因為較高的暖空氣覆蓋著較低的冷空氣，可能會導致空氣汙染物無法散出，影響生物的健康。
逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -上
台北縣天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
逆溫現象是氣象學上描述大氣對流層中的溫度隨著高度增加而遞增的現象，這與高度越高、溫度越低的正常現象相反，是對流層中氣溫垂直分佈的一種特殊現象。
主要是因為地表溫度較低，由較暖較輕的空氣推動較冷較重的空氣。這類型的逆溫現象發生在溫暖地帶附近，也發生在海水湧升區(upwelling)，有足夠濕氣的較冷空氣層，而煙霧就像是一頂帽子蓋住下方形成逆溫層，例如加州海岸。
逆溫的種類有：(1)輻射逆溫 (2)平流逆溫 (3)下沉逆溫 (4)鋒面逆溫 (5)地面逆溫。