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環境地質學
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商品簡介

作者簡介

目次

書摘/試閱

21世紀的地球充滿人類與自然環境環的共存問題。環境地質學是討論人類與周遭環境之間的一門地質科學,是屬於應用地質學一環之學問,同時也為工程地質學、水文地質學等之先修學科。由於國內外均積極發展工程建設,如興建道路、水庫、隧道,開發坡地、農地;甚至自然引發的火山、地震等均可導致人類環境的危害或衝擊。而環境地質學即是針對這些問題提供基本的專業知識以及環境安全與衛生的研判,供作解決治理方案的重要參考。

本書涉及領域甚廣,包括了自然災害的山崩、土石流、地震、火山、河流、海岸等,以及人類活動引起的礦業、工程、都市、土地開發及海岸、水資源開發等造成的環境災害均包含在本書章節。可提供在地球科學、環境科學的學子作為教科書外,亦可提供其他領域如地理、生物、物理、化學等學子們瞭解環境與地質之間的關聯。此外,本書對正在研習或考慮從事工程、環境、建築、設計的專業人士亦有所助益。期望大家能在地球與人類互動的複雜關係中,對環境地質有更完整的認識。

魏稽生

學歷:
美國密蘇里大學地質學系碩士
美國萊斯大學地質學系博士班肄
美國哈佛大學地質科學系研究

經歷:
工業技術研究院能源與資源研究所研究員
中國文化大學地質學系副教授
國立台北科技大學材料及資源工程學系副教授
中國文化大學地質學系系主任
中國文化大學地學研究所地質組主任
私人集團海外礦業地質顧問

專長:
經濟地質學、礦物學、岩石學、環境地質學
著有學術論文及專業報告計80篇

專業服務:
中國地質學會理事
中國礦冶工程學會理事
中華民國鑛業協進會理事

重要著作:
1.經濟部中央地質調查所出版之《台灣經濟礦物》專書三冊(金屬礦物、非金屬礦物、能源及地下水資源)
2. 經濟部中央地質調查所出版之「台灣資源分布圖幅」三幅(金屬、非金屬、能源及地下水資源)
3.遠足出版社之《台灣的礦業》


嚴治民

學歷:
中國文化大學地質學系學士
中國文化大學地學所博士

經歷:
中國文化大學地質學系助教
台北海洋技術學院助理教授
國立台灣大學博士後研究員

專長:
經濟地質學、環境地質學、地理資訊系統及空間分析、環境與生態
著有學術論文及專業報告計20餘篇

專業服務:
中華民國鑛業協進會編輯委員

重要著作:
1.經濟部中央地質調查所出版之「台灣資源分布圖幅」三幅(金屬、非金屬、能源及地下水資源)
2.遠足出版社之《台灣的礦業》

第一章 環境地質的概念
一、簡介環境地質
二、環境地質之基本概念
三、環境地質師之任務責任

第二章 環境地質與人類的關係
一、環境地質與人類發展之關係
二、天然引發的地質環境災害
三、人為引起的地質環境災害

第三章 地質作用及地質環境
一、內營力作用
二、外營力作用

第四章 地質物質(岩石、礦物、土壤、水體)
一、地球之分層與組成
二、板塊運動及大陸漂移
三、岩漿作用
四、岩石種類
五、岩石之地質影響
六、礦物
七、土壤
八、水體

第五章 山崩、土石流災害
一、簡介
二、斜坡作用與坡度之穩定
三、邊坡穩定
四、造成山崩之原因
五、人為引發的山崩
六、減輕山崩災害

第六章 地震災害
一、簡介
二、地震作用
三、地震效應
四、地震風險及地震預測
五、地震災害的應變

第七章 火山災害
一、簡介
二、火山作用和火山
三、火山災害
四、火山活動之預測
五、火山災害之省思

第八章 河流災害
一、河流作用
二、洪水氾濫
三、洪氾災害的處理
四、河道截彎取直

第九章 海岸災害
一、簡介
二、熱帶氣旋或颶風、颱風
三、洪潮
四、海岸作用
五、海岸侵蝕
六、海岸災害的防護工法
七、海岸災害的認知與調適

第十章 人為開發引起的地質環境災害
一、人為引起的地質環境問題
二、土地工程建設開發之地質環境問題
三、礦產資源開發之地質環境問題
四、超抽地下水之地盤下陷
五、都市化開發之地質環境問題
六、水庫開發之地質環境問題

第十一章 廢棄物處置引起的地質環境問題
一、廢棄物處置之地質環境
二、放射性廢料處置之地質環境

第十二章 全球環境變遷
一、簡介
二、全球環境變遷的地質證據
三、地球的大氣、能量平衡和氣候變遷
四、全球環境變遷

第十三章 環境地質調查評估
一、前言
二、環境地質調查前之基本環境資料
三、環境地質調查與環境地質圖
四、環境地質之分析評估
五、環境地質調查評估成果報告
六、環境地質調查評估案例-台灣煤礦之地盤下陷災害評估

第十四章 環境影響評估
一、前言
二、環境影響評估內容
三、環境影響評估之環境調查要項
四、環境影響之預測評估
五、環境監測
六、環境影響評估之作業程序與報告
主要參考資料
索引

一、簡介環境地質

環境地質學係屬應用地質學,以地質資訊解決土地利用的問題,降低環境的災害、並可達到人類最佳的生存環境。利用地質知識、技術解決的環境問題包括有兩項,一是:自然環境災害,如山崩、土石流、地震、火山、河川、海岸等;二是:人類活動引起的環境災害,如礦業、工程、都市等土地資源開發以及水資源、海岸等水體資源開發造成的環境問題。凡是因自然地質作用及人類活動引起而危害到人類生存環境安全與衛生的問題即稱之為環境地質,亦為地球科學分支的一專門學科。環境地質學關注的領域如圖1-1,其目的在於了解人類與周遭環境之間的相互影響關係。

現今人類因社會不斷的進步及追求生活的品質,而漸漸重視人類生存的環境問題,更因人口的增加及資源的需求殷切而開始注意土地、水體、空氣等之破壞、污染等問題,甚而引申到全球氣候變遷、溫室效應等等議題。

二、環境地質之基本概念

前述環境地質係探討人類與環境之間的地質問題,故有幾項環境的觀念須提出思考:(一)人口增加、(二)永續、(三)自然變化定律、(四)有限的資源、(五)均變學說、(六)災害危機、(七)地質是環境的基本科學、(八)未來的責任。

(一)人口增加
第一,人口增加是造成環境的第一要素。人口增加,需求的資源也就增加,因而造成環境上的問題。至2000年世界人口增到6.2億,稱之為人口爆炸。科學家認為,由於人口增加而追求高生活水準的環境,將無法滿足資源的需求。就地方、區域、甚至國家、世界均會造成不小的環境問題,其包括地表、地下水的污染、廢棄物、甚至自然地質作用的山崩土石流、地震、火山、洪氾等問題。同時因人口增加而涉及到農業、糧食、土地等問題。人口問題不易解決,唯世界各國均計劃控制或管制生育問題,才是解決根本之道。

(二)永續或持續
人類需要足夠的生存資源,如林業、漁業、礦業、工業、商業等以滿足人類所需。而永續或持續這些資源的不斷,卻又不危害到人類生存的環境,即是環境地質觀念的第二要項。資源的永續,除持續資源的供應外,尚需有管理、經濟的觀念,人口增加和資源的需求開發也的確會影響到地球上的土地、空氣、水的污染及環境的破壞。

何謂永續經濟?其有幾項意義,即:1.人類及其他生物體須與自然界的空氣、水、土地相容協調;2.任何能源政策不應污染大氣,造成地球暖化及未預期的風險;3.水、森林、土地、漁業等再生資源(renewable resources)的利用不應枯竭資源及破壞生態(ecosystems);4.非再生資源(nonrenewable resources)的利用不應破壞地球環境,並使其非再生資源得以永續利用;5.為永續而設立的立法、政策,以全球經濟性為出發點。因此,世界的人口數量須與環境組成相符合。

為達成全球永續經濟、須待完成下列事項:
1. 有效人口控制策略。
2. 重新考慮能源政策,訂定多項能源政策,由傳統化石能源(煤、石油、天然氣)轉而依賴太陽能、風能等非再生能源。
3. 建立經濟政策,宣導節約能源使用。
4. 建立社會、立法、政治、教育的改變,以使地方區域,甚至全球能達到環境和諧之地步。

(三)自然變化定律
想了解地球環境就必須先了解地球系統,因它們的變化是環境問題的所在。對能源而言,地球本身是屬開放系統(open system);但對地球物質而言,卻是封閉系統(closed system)。系統(system)是指宇宙萬物的某一特定部分,如火山、河流、海洋、盆地等。

若將地球視為一種系統,其包括有四大部分,即大氣圈、水圈、生物圈、岩石圈,這四部分相互作用影響,即任何一部分的改變(如作用的規模、頻率)將造成另一部分的變化。例如:山脈的抬昇改變降雨型態而影響大氣,逕流入海洋盆地,進而影響局部水圈。另一案例說明,陡坡影響岩石圈,增加侵蝕率,改變沉積物的速率及種類,這些系統中的交互作用並非雜亂無章,而是可了解到在一空間分布,一個變數作用可改變另一變數。水圈中的變化可導致大氣中降雨的多寡而影響大氣圈的變化。

故可了解到地球不是靜態,而是動態系統的演變發展,可使物質和能量達到均衡的變化。此種動態係指地球屬開放系統,也就是隨環境而交換能量或物質。例如地球接受太陽能量並可幅射回太空。

另外,地球也可視為封閉系統,如水圈、岩石圈,降雨終究可回到大氣中,沉積物終可轉變成堅硬的岩石。再者,若在系統中談及物質或能量的輸入輸出分析,則更可明白了解其相對速率之變化。舉例說明系統中發生的三種情況如下(圖1-2(a)、(b)、(c)):
一是,當一所學校在修業期間,若新生入學人數等於畢業人數時,則屬恆量(constant rate)變化,而未有淨變化(net change)。此情形下,不發生短缺或過剩問題的總量管制,即輸入等於輸出。第二種情形是系統中的輸入小於輸出,例如,在一系統中,燃料能源量的不足供應導致使用量短缺、不足則會發生環境上的問題。第三種是輸入大於輸出,例如工業開發過度,而導致重金屬污染湖泊、河川、土壤等事件,因發生過剩(量)現象而產生環境的問題。最重要的是,我們可由此一系統的輸入輸出的分析,進而了解到此系統的變化速率,亦即所謂作用的規模與頻率。

事實上,此系統係屬極複雜的系統,雖說自然界中要達到一平衡情況,但系統內在涉及的因素複雜,準確性不易,例如:考慮常年的河流,均有其特定(常態)的規模流量,若發生一次大規模的洪氾,則上游產生大規模的沖刷,而下游發生淤積,也就是上游的侵蝕作用和下游的沉積作用規模未必相同,甚至影響生態環境的改變,此即所謂系統內部作用變化複雜性。地球系統既然是由大氣圈、水圈、岩石圈、生物圈之組合,它們之間的形成、變化、影響均可使人類週遭環境大大改變。

(四)有限的資源
居住在地球上的人類需求大量的資源,然而地球上的資源是有限的。容易開採的資源多漸漸用盡,剩下即是低品質、稀少或不易開發的資源。但地球上的任何資源均有其利用價值,惟從探、採、選、煉及應用技術層次的創新、改變進步,以及資源的回收使用技術才是未來解決資源短缺的方法。

(五)均變學說(Uniformitarianism)
現今地球上任何地質作用的規模大小及頻率均可依過去地球上發生的定律去獲得推測應用。這項觀念也可預測未來可能地質事件之發生,即所謂地質上的均變學說(自然的地質作用永遠受同一不變的物理、化學原理控制,現今和過去、未來均一樣,惟速率和規模可能不同)。除不能避免自然界發生的地質作用外,因人類活動的干擾更可能加速改變其作用的規模、速率及對環境的影響變化。

(六)地質作用之危害
有些地質作用會危害到人類的生活環境,應了解自然地質作用之發生及避免,以降低人類生命與財產之損失。因地質作用而造成人類生命及財產之損失包括有地震、火山活動、山崩土石流等,這些作用的規模與頻率多涉及氣候、地質、植生等多項因子。故若能夠認識這些自然的地質作用,並能考慮上述因子條件,就可用來預測發生之機率。若環境地質學家可以評估這些地質災害作用,就有責任告知這些專業資訊給計畫者、決策者,以降低生命財產損失之風險。

(七)地質學是環境科學的基本學科
地質學是了解人類週遭環境的基本學科,其涉及廣泛的知識領域,也擴及到其他相關學科,其包括有地形學、岩石學、沉積學、構造地質學、水文學、土壤學、經濟地質學、工程地質學等專業學科,此外,亦須了解生物、保育、大氣、化學、環境法律、建築、工程,甚而文化、經濟、景觀、都市等學門。故環境地質學門可廣泛應用到土地利用、工程開發、廢料處理、礦產資源、道路開發等。

(八)對未來的責任
人類對這塊土地的用途有保護的責任,自早期年代人類即懂得土地利用,從農業的土地種植,後有礦產資源開採,以至工業建設開發,多少均會破壞週遭的環境,但如何進行土地利用規劃,以達到經濟和環境共存的平衡情況是我們這一代人類須加以謹慎評估的課題,這也是我們未來的責任。

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