投落送（Dropsonde）
國立台灣師範大學地球科學研究所陳柏宇研究生/國立台灣師範大學地球科學系許瑛玿教授責任編輯

投落送是一種利用飛行器自高空投落的氣象裝置，其功能主要透過無線電波的方式將溫度、濕度、氣溫、氣壓等資料傳送回氣象中心，並藉由全球衛星定位系統精準的將所在位置的座標訂出。投落送主要傳回的資料有以下五項，分別是（1）投落日期與時間（2）投落地點（3）投落過程中特定等氣壓面(氣壓在1,000毫巴、925亳巴、850亳巴、700亳巴、500亳巴、400亳巴、300亳巴、250亳巴)的位置、高度、氣溫、露點下降（dewpoint depression）、風速、風向等資料（4）特殊等壓面資料，其他特別有意義等壓面的偵測資料（5）對流層頂的氣壓、氣溫、露點下降、風速和風向資料。通常投落送是用來觀測颱風或颶風的資料，將資料傳入超級電腦中進行氣象預測程式的計算，除了可以了解颱風或颶風的內部結構，進而追蹤及預測颱風或颶風的走向。

由於颱風對台灣歷年造成的災害非常嚴重，為了能更精準的預測颱風路徑以及了解颱風內部的結構，國科會自2003年進行的追風計畫，主要目標是希望對西北太平洋地區所產生的颱風能更加了解，以減少颱風來襲時對台灣地區所造成的損失。追風計畫實行至2008年，已針對杜鵑、米勒、妮妲、康森、敏督利、梅姬、艾利、米雷、納坦、南瑪都、海棠、馬莎、珊瑚、卡努、龍王、碧利斯、凱米、寶發、桑美、珊珊、帕布、聖帕、韋帕、柯羅莎、風神、卡玫基、鳳凰、如麗、辛樂克、哈格比、薔蜜及蓮花等32個颱風，總共完成39航次之飛機偵察及投落送觀測任務。這些觀測資料除了台灣地區學術研究外，許多國外研究團隊也使用這些資料進行比對與分析，並且針對觀測所得的資料撰寫成學術論文，預期未來可透過研究所得到的資料，更精準的預測颱風路徑，減少因颱風所造成的損失。未來這項技術也將運用於世界其他角落，在西非地區也將利用同樣的技術觀測颱風，經由精準的預測颱風路徑，來減少人員的傷亡與財產的損失。

參考資料:
維基百科。網址:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8A%95%E8%90%BD%E9%80%81

哪些石材（Rocks）較適合當成為儲油或儲水構造底部岩層?
國立臺灣師範大學地球科學系林忠彥碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

適合年紀：8-18歲
活動預估時間：四十分鐘
準備器材： 家中附近岩石、水、裝水容器、一些指標性岩類（安山岩、花岡岩、大理岩）
預期目標：
1. 讓學生知道家中附近有哪些岩石種類
2. 讓學生知道在儲油或儲水構造底部岩層是需要不透水性的岩石
活動步驟：
1. 一開始要學生自行從家中附近帶來一些大小大致一樣的岩石。
2. 帶來後開始做辨識動作，將其分為三大岩類，在細分為典型岩石種類。並一一將他們做記號。
3. 分完後，將家中帶來的岩石和一些指標性岩石都一起放入，開始做氣泡實驗，將他們放在一個容器內並且加入一些水，同時也開始注意氣泡的出現，並注意是那些岩石種類在產生氣泡。
4. 在這些產生氣泡的岩石種類裡，我們將排列出由最多到最少的氣泡的順序。這個測試可以顯示此堆岩石裡有哪些是滲透性，有哪些是不能被氣體和液體穿過的，而是不滲透性岩石種類。
5. 老師此時可以說明為什麼會有氣泡的產生。這些有氣泡產生的岩石（滲透性的岩石），其顆粒間有一些空間讓空氣（氣體）與水（液體）可以穿過或儲存著。因為這些滲透性的岩石裡的毛細孔空間內有儲藏一些空氣，因此加水後，使水進入此空間內並留下來，因此將空氣擠出到岩石表面上，進而升到水面。
6. 此氣泡實驗完後，老師可以要學生歸納三大岩類，有哪些是不滲透性岩石種類，哪些是？並說出為什麼？
7. 做完歸納後老師可繼續問一些跟生活結合的問題。
A. 什麼樣的岩石層裡，可以儲存地下水？
B. 什麼樣的岩石存在於水庫底層的層理上，可使水不會流走？
C. 什麼樣的岩石層裡，最適合蓋廢物處理廠，可防止廢物原料外洩？
D. 什麼樣的岩石層裡，可以儲存石油與天然氣於地底下？
E. 什麼樣的岩石層裡，可以防堵石油與天然氣在岩石之間流動，而成為良好的容器來裝載石油與天然氣？
F. 什麼要的岩石組合，可以製造出良好的儲油構造？
G. 什麼要的岩石組合，可以製造出良好的儲水構造？
H. 什麼樣的岩石，在做上面任何一件事都不是很好的？

參考資料
來源 : http://www.earthlearningidea.com/

猜猜看這一億年前的恐龍 (Dinosaur) 將要做什麼？（活動教案）
國立臺灣師範大學地球科學系林忠彥碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

適合年紀：10-18歲
活動預估時間：30分鐘
準備器材：3張不同時間點圖檔（附件裡）

預期目標：
1. 讓學生知道動物的足跡，可以提供我們去追尋動物過去在這一帶生活環境狀態，並探討過去在此地區發生的一些事件。
2. 此活動要學生自行推理假設一些情境，並要他們提出各情境所需的證據。學習假設，驗證等步驟。
3. 將新證據告訴學生，讓他們產生假設與新證據的認知衝突。希望學生能自行修正假設，再一次提出各情境所需的證據。

活動步驟：
1. 先解釋為何會有恐龍足跡，可以舉例，像我們如果到剛下完雨的田野裡走動，會發現自己好像會陷下去，因而在田野間留下足跡。恐龍也是如此，當他走到較潮濕的泥地時，足跡也因此留下來，當石化後，就是我們看到的恐龍足跡化石。

2. 解釋第一時間點場景內容（此時要將第二和第三時間點的圖片收好，不讓學生看到），說明此場景位於一棟即將拆除的建築，在拆除建築物，要挖地基時，發現在石堆下方有一些圖騰，因此小心翼翼的清除上方石粒，卻意外發現恐龍足跡，也發現此足跡是在泥岩上，因此推論此地在以前可能是湖泊邊緣。但由於東邊建築物尚未處理結束，因此無法知道此兩隻恐龍後續的發展。

3. 解說完第一時間點的圖片時，老師可以問學生以下問題：
A. 看完此張圖同學想像此兩隻恐龍的狀態？
答：由足跡知道他們都是三隻腳趾，並都是向東邊移動。有一隻恐龍的足跡較大，較大者在行進中後端路程，有加快腳步，較小者還是等速前進。
B. 在他們向東邊移動時，即將發生什麼事？舉三個想法（假設）寫出來。
答：足跡較大的恐龍將較小的恐龍吃掉。（以下所提供的回答是正確的想法，如要參考其他想法，附件裡的英文文件有提供一些不同想法）
C. 請學生依各想法提出一些相關證據，來與未來建築物拆除後，所遺留下來的東側訊息做比對。
答：將會看到兩隻打鬥的痕跡化石，也可以看到之後只有一種足跡離開現場。

4. 討論完第一張之後，再讓學生看第二時間點圖片（此時一樣要將第三時間點的圖片收好，不讓學生看到），說明此時建築再向東側拆除10公尺後的場景。老師一樣問學生以下問題：

A. 在你之前的想法裡（假設），哪一個較符合新的證據？
答：足跡較大的恐龍將較小的恐龍吃掉，因為第二章圖片有看到類似兩隻打鬥的痕跡。
B. 看完第二章圖片之後你有新的想法（假設）嗎？舉三個想法（假設）寫出來。
答：足跡較大的恐龍已將較小的恐龍吃掉，並準備要離開。
C. 請學生依各新想法提出一些相關證據，來與未來建築物拆除後，所遺留下來的東側訊息做比對。
答：可以看到只剩下較大足跡的恐龍，緩慢離開現場的足跡化石。
D. 你認為恐龍為什麼要來此地（湖泊邊緣）？
答：因為湖邊會聚集水草，因此會聚集草食性動物，也因有草食性動物聚集，所以肉食性動物也會聚集在此，大家都是為了覓食而來。

5. 討論完第二張之後，再讓學生看第三時間點圖片，並說明此時建築再向東側拆除10公尺後的場景。老師一樣問學生以下問題：

A. 在你之前的想法裡（假設），哪一個最符合最新的證據？
答：足跡較大的恐龍將較小的恐龍吃掉，因為第三章圖片有看到兩隻打鬥的痕跡，也可以看到之後，只有一種足跡離開現場。
B. 看完最後一張照片裡最新證據，有沒有改變你對恐龍為什麼來此地的想法？如果有，為什麼？
答：沒有，因為大家都是為了來此地覓食。

參考資料
來源 : http://www.earthlearningidea.com/

大陸漂移（Continental Drift）
國立臺灣師範大學地球科學所科學教育組任欣怡碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

韋格納的大陸漂移假說引出了一場持續達半個世紀的激烈爭論。十九世紀中葉，人們相信山脈較輕的岩石以某種方式陷入到下伏的地殼的結果。Elie提出在地球的固體地殼之下存著一層物質，並且比固體地殼密度大。這個地殼均衡的原理與海洋地殼由玄武言構成的觀點，經由Dana的改良，提出一個更全面的地球模式。他提出在地表剛開始固化時，大部分地區具有花崗岩成分，而其他地區由玄武沿地殼構成。地殼因收縮，導致地殼帶內橫向壓縮力的產生。在早期，橫向壓力會引起高原的整體彎曲和曲折，導致隆起於海平面之上並產生沈降地帶。

19世紀末，Suess提出一個類似的地球模式。收縮形成山脈，就像一個乾掉的蘋果，表面會起皺。經過一段時間，一些大陸地區會以快的速度下降而被海水淹沒。Suess還為全球範圍內的海平面上生和下降提出一個EUSTATIC的名詞，這種升降可以由地層所記載的大陸上的連續的海進海退推斷出來。十九世紀中期以前，Deluge以days解釋了創世紀到大洪水時期的事件經過。Fisher 對大陸和海洋是永恆的主張是來至對於地殼均衡原則的贊同，但他認為大陸和海洋只是相對永恆，因為他的論證說對流的結果是海洋由於火山岩在其中央位置加入而擴展，大陸也就收縮變成皺折山脈。並沒有文獻明確的記載韋格那當初是如何想出這個假說，但是根據他自己寫的文章，其想法是在1910年產生的。當時他為大西洋兩岸海岸線的明顯吻合所震驚。第二年，他用古生物學證據說明巴西和非洲之間早先有過陸橋的報告。韋格納的假說從中生代開始持續至今。其主要支持性論證和依據為：
1. 對地球地形的統計分析顯示出有兩個主要的predominant levels，它們分別對應於大陸表面和深洋底。
2. 地球的地殼之下的岩石層有著流體般的作用，雖然是一種高度黏滯的流體。
3. 通過運用無線電報時間收信號的大地測量他可以證明現時代格陵蘭正在發生離開歐洲的重要的水平運動
4. 最有說服力的地質學論證涉及大西洋兩岸岩石的明顯的相似性，這表明了早先他曾經連在一起。
5. 被認為是最有力的證據之一的古生物學的論證。現在被海洋隔開的南方各大陸有很多相同的古生代晚期和中生代的化石。
6. 古氣候學的論證。假如大陸保持在相同的相互位置，假如兩極保持穩定不動,它們的分佈就會是非常難以理解的。

Lake接著試圖推翻這個假說。當時生物地理學界分為陸橋說與漂移說兩派。第二次世界大戰後，新的地球物理技術的運用開始改變了我們對地球的認識。對岩石磁性的認識可回溯到石器時代。Bruhners指出：現代熔岩按照現有地磁磁場的方向被磁化、第三紀熔岩大致按照現有地磁場的方向或相反的方向被磁化、更老的熔岩常常沿與現有地磁場呈很大角度的方向被磁化。海洋地球物理學家把重力和地震探測方法結合起來研究地殼構造。地震撥折射可以用來測定地殼厚度與密度。海底擴張假說是由Hess所提出的。板塊構造的基本思想是由地球物理學家Wilson發表的一篇文章中所提出的。

參考資料
Great Geological Controversies

披著隱形斗篷的建築物（Building）
國立臺灣師範大學地球科學系葉庭光碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

A “Cloaking Device” for Earthquakes
By Phil Berardelli
ScienceNOW Daily News
24 July 2009
http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/co … 2009/724/2

最新的科學研究指出，科學家已經發現一種方法，使建築物不會受到地震波的影響。這個新的技術或許可以保護大樓和住宅免受地震的侵襲。我們都知道，地震，陽光，或無線電都是藉由 “波”的形式來傳遞能量。其中，地震波的威力十分驚人。一個地震波所傳遞的能量可能相當於好幾個核彈威力。如此巨大的威力往往導致相當嚴重的災情。
法國普羅旺斯大學以及英國利物浦大學的研究者共同合作，發展了一個可以避免建築物受到地震波影響的屏障結構。這個屏障結構的原理可以用隱形戰機的設計來了解。隱型戰機是利用特殊的外型結構以及特殊的材料塗裝，來達到吸收雷達波並避免被發現的目的。相同的，研究者利用電腦模擬技術設計了一個數層同心圓式的避震結構。研究者利用銅、塑膠、以及不同剛性、柔軟性的材料共同組成這個避震結構，用來轉移地震波。
在一系列的模擬實驗中，研究團隊利用相當於30到150赫茲(hertz)的地震表面波來衝擊這個同心圓避震結構。這個結構可以吸收並將地震波行進方向壓縮至一個環繞中心的通道，使地震波在行進過程不會影響同心圓結構的中心。也就是說，未來的建築物若能妥善加入這樣的避震裝置，將能避免遭受地震的侵襲。
英國皇家理工學院知名理論物理學者約翰.潘德瑞(John Pendry)(2008年提出隱型戰艦構想者)認為這確實是一個革命性的想法。聖安德魯斯大學吾爾夫•萊昂哈特(Ulf Leonhardt) (提出隱型斗篷構想者)指出，三年前，潘德瑞博士與他的同事在國際知名期刊Science發表他們數篇關於將“波”隔離的論文。在這麼短的時間，我們已經可以討論如何將聲波、水波、甚至地震波隔離，這無疑是一個重大的研究。

另一個亞洲海嘯（Tsunami）的危機已逼近
國立臺灣師範大學地球科學系葉庭光碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

2004年12月蘇門答臘附近發生的大地震引發的大海嘯震驚了科學界。這是因為長久以來科學家們認為蘇門答臘附近並不是會發生大地震的區域。現在，科學家逐漸意識到相同的地震危機(斷層仍然存在)目前正威脅著整個孟加拉灣國家，包括緬甸到印度與孟加拉。加州理工學院地震專家謝凱瑞(Kerry Sieh)憂心忡忡的表示，數百萬的生命可能在一個地震中喪失，但是到目前為止，科學家對地震災害仍然相當不了解。

澳洲地質科學會地震專家康敏斯菲爾(Phil Cummins) 9月6日在國際知名期刊Nature提出警訊，印度板塊並不是如同先前大多數的研究所顯示的，沿著相鄰板塊發生無害的滑動。相反的，印度板塊是沿著孟加拉灣隱沒至其他板塊下方。任何在這一個隱沒區域發生的大地震都可能引發海嘯。
事實上，這樣的地震並非沒有前例。歷史記錄指出緬甸地區在1762年曾發生一次大規模地震，這與康敏斯博士的分析結果吻合。康敏斯博士指出，南方大陸的抬升和北方大陸沉降形成了一條長達700公里的斷層，很可能曾經引發一次規模8.8級的地震。當模擬類似的地震發生時，科學家認為這樣的地震將會導致一個沿著緬甸海岸前進的海嘯。如果再發生類似的斷層，地震與海嘯的破壞作用將嚴重威脅孟加拉的吉大港、達卡以及印度的加爾各答。康敏斯博士指出，在這幾個人口稠密的城市中，數百萬人的生命將受到嚴重威脅。

其他研究者也認同孟加拉灣地區確實正處於斷層的威脅。一個重要的問題是，這個斷層引發的災害有多嚴重。南加大學知名海嘯專家Costas Synolakis和西北大學的地震學家Emile Okal在一項尚未發表的研究中指出，他們從在這一地區發現一較小的破裂帶推測，這個地區可能發生略小於1762年的地震，伴隨的災難也可能較小。儘管如此，Synolakis博士認為積極建立預警系統以及深入研究相關的議題的壓力，已迫在眉睫。

Another Asian Tsunami Threat Looms
By Richard A. Kerr
ScienceNOW Daily News
5 September 2007

土壤（Soil）流失的秘密
台灣師範大學地球科學所科學教育組林蓓伶碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

詢問學生是否知道誰家土壤曾被大雨沖走，或是那些地方的土壤被侵蝕。而要如何才能減低這些寶貝土壤的流失呢？探討植被的差異對於土壤侵蝕速率有什麼影響。
設置好兩個完全相同的托盤，擺放在同一個支撐物上，讓它們擁有同樣的斜率，如照片一所示。兩個托盤都各裝滿半盤相同的土壤，如果須要的話用一塊木頭去固定土壤防止它們流動。將一片薄草皮鋪在其中一個托盤上，另一個托盤的土壤則毫無遮蓋，直接曝露在空氣中。此外，研究可以在一週前先在植被拖盤上先播種生長較快速的植物。

詢問學生以下問題：
1.那一個拖盤的土壤被沖走的速度較快。
2.用灑水器分別在兩個拖盤上灑水，那一個拖盤底部的泥水較多？
3.還有什麼方法可以保護土壤防止被侵蝕？我們可不能只是放一片草皮去保護土壤！

教案
標題: 土壤流失的秘密
副標題: 農地受侵蝕,農夫命運卻大不同??!!
主旨:探究植被表面對於保護土壤免於被大雨侵蝕的重要性
適用年齡: 7 – 18 歲
需要時間: 15 分鐘
學習目標:
讓學生可以:
1.描述在不同情況下，當土壤曝露於大雨下會發生什麼事？
2. 解釋土壤為什麼需要被保護。
3. 當你參與園藝及農耕時要採取什麼合宜的防護措施？

內容:

土壤侵蝕是正常自然界岩石循環中的一環，但對於許多人們以土地為生的農業地區它也可以變成主要問題。這項活動提供一個機會，探究涉及限制土壤侵蝕的因素。

接續活動:
 探究不同土壤類型對抗土壤侵蝕的能力。
 探究不同作物對於抵抗土壤侵蝕的影響。
 探究不同的能降低土壤侵蝕的方法。例如：沿著等高線耕作，而不是來回在斜坡上。
 邀請曾經歷過土壤流失的農夫分享。
 找出是否有任何當地的河流或蓄水池的淤塞由於集水區的土壤侵蝕。
 要求學生尋找好的耕作方式以降低當地的土壤侵蝕。

理論基礎:
 土壤侵蝕是岩石循環的一部份，憑藉侵蝕及搬運被風化的物質。
 植被對於保護土壤抵抗侵蝕有重要的影響，它可幫助土壤面對降雨的直接衝擊、減緩表面水流的速度(緩衝作用)、藉由它的根部固定土壤。
 樹根對於固定土壤顆粒有很好的效果。當將樹從山坡上被移走時，往往造成災難性的土壤侵蝕。
 曝露的土壤可以被水及風移走。
 被侵蝕的土壤往往入河流中造成淤塞，導 致河水氾濫成災。

資料來源:
Earth Science Teachers’ Association,
(1993) Teaching Primary Earth Science,No:3,Soil, forming part of Teaching Earth Sciences,Vol.18.

大氣中的搗蛋鬼–晴空亂流（Clear-air Turbulence）
國立苗栗高級中學地球科學科劉承玨老師/國立台灣師範大學地球科學系許瑛玿教授責任編輯

晴空亂流(Clear-Air Turbulence，簡稱CAT)，字面上就是空氣中的一團亂流，通常指的是不規則的、隱匿的、無法覺察的空氣擾動。典型的晴空亂流約有二千呎厚和寬約十至二十哩的平層氣流，有時可長達五十至一百哩之遙。晴空亂流的成因很多，主要發生在空氣移動速率有極大差異之處。例如:在高空中(7000-12000公尺/23000-39000英呎)常常有空氣移動速率大的帶狀氣流即為噴流所在，或是風速超過每小時200公里處，或是因高度變化造成空氣移動速率差異大的山區等地區，都較容易發生晴空亂流。

晴空亂流盛行的季節為冬季，例如在冬季北緯25~50度的高空西風帶內，常常會有噴射氣流存在，它的內部和周遭區域多半都是晴朗狀態，偶爾伴隨些許卷雲（cirrus）。為何噴射附近易產生晴空亂流？打個比方，當我們在在裝滿水的浴缸中，用水管噴出極強的水流柱，水流周圍往往都會有很多擾動的現象，因此噴射氣流附近的空域很容易造成晴空亂流。

現今研究唯有水氣充分時，晴空亂流才會伴隨雲的產生。故晴空亂流發生時，有時不易察覺或不會伴隨雲的出現，造成晴空亂流不易由氣象雷達偵測到，也較難藉由觀察雲層分佈來判斷，使得我們很難察覺到它的發生。CAT的發生由於事先亳無跡象，可能突然會使飛機在空中顛簸而失事，飛機一旦遭遇到它，後果常常不堪設想，甚至造成人員傷亡，如1997年12月28日一架自東京飛往夏威夷的客機遇上強烈晴空亂流，飛機瞬間急降30多公尺，並且持續上下大幅擺動，造成一名乘客死亡、100多人受傷，這一類的案例非常多。

綜上所述，晴空亂流的偵測十分不易，主要是因為其沒有肉眼可見的特徵，因此肉眼的觀測以及一般傳統的雷達觀測都無法得知晴空亂流的位置，只能靠已通過亂流區域的飛機駕駛向航管單位回報，再由相關單位向其後可能通過這個區域的飛機發出警告。為了解決這個問題，目前有研究嘗試發展新一代氣象雷達，將不只偵測水氣的存在與否，也偵測空氣中懸浮粒子(Aerosol)的動態，對即使沒有水氣存在的晴空亂流發生時，雷達仍能夠偵測出空氣懸浮粒子的震盪現象，來偵測晴空亂流發生的位置。目前某些根據光學原理偵測大氣擾動的儀器，如閃爍計(Scintillometer)、都普勒光達(Doppler LIDAR)等，已能採用遠距觀測的方式偵測晴空亂流的存在，大大降低晴空亂流對飛航安全的威脅。

參考資料
1. 維基百科：Scintillometer http://en.wikipedia.org/wiki/Scintillometer
2. 維基百科：Clear-air_turbulence http://en.wikipedia.org/wiki/Clear-air_turbulence
3. 科學人雜誌網站：當飛機碰上亂流，盧衍良 http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasyle … 1298&CL=72
4. 呂應鐘，(1973)。飛機遭遇到的亂流，科學月刊(44)。