高中學測
112年
自然
第 53 題
📖 題組：
自工業革命於1760年在英國開始後，人類對於化石燃料（煤和石油）的使用滿足了經濟發展和產業革命的需求，然而這些化石燃料的燃燒，也使空氣中的二氧化碳節節上升，如圖15(a)所示。除了二氧化碳之外，人類對化石燃料的運用也在環境中留下許多痕跡，鉛元素便是其中一個例子。圖15(b)是英國某湖泊岩心（岩芯）中1700年以來的鉛濃度變化，圖15(c)則是1700年以來，該岩心中的鉛-206與鉛-207的比例（$^{206}Pb / ^{207}Pb$）變化。 煤和石油有著不同的鉛同位素訊號，如英國地區煤的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例為1.186，石油的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例為1.067，分析岩心中鉛濃度以及鉛同位素比例，便能推測該地過去化石燃料的使用情形。鉛-206及鉛-207是鉛元素常見的穩定同位素，來源可能是岩石、地下水、煤或石油，同時也可能從鈾元素衰變而來。鈾-238具有天然放射性，其質子數為92，中子數為146，會歷經衰變過程，轉變成穩定的鉛-206原子，如下式（2）所示。
自工業革命於1760年在英國開始後，人類對於化石燃料（煤和石油）的使用滿足了經濟發展和產業革命的需求，然而這些化石燃料的燃燒，也使空氣中的二氧化碳節節上升，如圖15(a)所示。除了二氧化碳之外，人類對化石燃料的運用也在環境中留下許多痕跡，鉛元素便是其中一個例子。圖15(b)是英國某湖泊岩心（岩芯）中1700年以來的鉛濃度變化，圖15(c)則是1700年以來，該岩心中的鉛-206與鉛-207的比例（$^{206}Pb / ^{207}Pb$）變化。 煤和石油有著不同的鉛同位素訊號，如英國地區煤的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例為1.186，石油的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例為1.067，分析岩心中鉛濃度以及鉛同位素比例，便能推測該地過去化石燃料的使用情形。鉛-206及鉛-207是鉛元素常見的穩定同位素，來源可能是岩石、地下水、煤或石油，同時也可能從鈾元素衰變而來。鈾-238具有天然放射性，其質子數為92，中子數為146，會歷經衰變過程，轉變成穩定的鉛-206原子，如下式（2）所示。
53. 根據圖 15，下列何者正確？
- A 空氣中二氧化碳的含量可從 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例得知
- B 此地的鉛濃度從1760年起呈現穩定上升的趨勢
- C 岩心中的鉛濃度可由 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例換算
- D 此區域從1920年來 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例逐漸下降，很可能和使用石油相關
- E 英國於2000年起禁用有鉛汽油，因此同湖泊近年的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例應為0
思路引導 VIP
請同學觀察圖 15(c) 中 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比值隨時間變動的軌跡，並將此趨勢與文本提供的煤炭 ($1.186$) 及石油 ($1.067$) 指紋數值進行比對。當環境中的觀測比值向特定數值靠近時，這暗示了污染來源發生了什麼轉變？此外，請辨析「元素總濃度」與「同位素比值」兩者在科學資訊上的本質區別，判斷它們是否具備直接的函數換算關係？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學，恭喜！這題答對代表你已經掌握了「環境指紋」的精髓，簡直就是地科界的福爾摩斯！ 【觀念驗證】 這題的核心在於同位素比例的特徵值。文本提到煤的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例約為 $1.186$，而石油則較低，約為 $1.067$。觀察圖 15(c)，1920 年之後比例明顯下滑，這代表環境中鉛的來源正「從煤轉向石油」。選項 (A)(C) 試圖混淆「濃度」與「比例」的概念；而 (E) 則是邏輯陷阱，即便禁用有鉛汽油，環境中仍有來自岩石或地下水的天然鉛，比例絕不可能變成 $0$。
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