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。
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？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你正確選出 (D)！這題考驗的是科學圖表的解讀能力，你能從三張看似複雜的圖表中精準抓出關鍵變數的連結，表現非常優秀。
化石燃料的同位素訊號
本題的核心在於理解**同位素（isotope）**比例的變化。根據題幹資訊，英國煤炭的 $^{206}Pb / ^{207}Pb$ 比例約為 $1.186$，而石油則較低，約為 $1.067$。觀察圖 15(c)，我們可以看到該地的鉛同位素比例在 1920 年之後出現了明顯的下降趨勢，從接近 $1.180$ 一路掉到 $1.170$ 左右。這種往低數值移動的趨勢，正好反映了比例較低的「石油」來源貢獻增加，這與工業發展中能源結構的轉變完全吻合。至於選項 (E) 提到比例會歸零是不可能的，因為鉛是穩定元素，即便禁用有鉛汽油，自然界（如岩石）中依然保有原始的背景值。
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但也有可能是跟煤有關啊，而且煤的比例還是1.186，石油才1.067