第七章：生物與空氣——您的溫習筆記！

各位同學大家好！你們有沒有想過我們吸入的空氣呢？空氣好像是空的，但其實裡面充滿了許多奇妙的東西，維持著我們和所有生物的生命。在這份筆記裡面，我們會一起來擔任空氣偵探！我們會探索空氣裡面有什麼，植物和動物怎樣奇妙地運用空氣，以及為何保持空氣清新如此重要。我們一起來開始吧！


7.1 空氣裡面有什麼？

空氣不是單一的東西；它是多種氣體的混合物。想像它就好像一個巨型、隱形的披薩，有不同的配料。有些配料佔了很大塊，有些就只是些小小的裝飾！

空氣的主要成分

我們周圍的空氣主要由以下物質組成：

  • 氮氣 (N₂): 這是披薩裡面最大塊的「配料」，佔了空氣大約 78%。大部分生物都無法直接從空氣中利用氮氣，但它仍然非常重要。
  • 氧氣 (O₂): 這是第二大塊的「配料」，大約佔 21%。這種氣體是我們維持生命必須呼吸的！它對我們從食物中獲取能量至關重要。
  • 其他氣體: 剩下的一小塊（大約佔 1%）包括氬氣等氣體，還有對植物很重要：二氧化碳 (CO₂)。此外，還有少量水蒸氣。

認識各種氣體：特性與測試

如果我們看不到這些氣體，怎會知道它們存在呢？科學家有一些巧妙的方法來測試它們！不用擔心，這些測試很容易明白。

氧氣 (O₂)
  • 特性： 它是一種幫助燃燒的氣體。沒有了氧氣，火是點不著的。
  • 測試： 我們將使用「帶餘燼的木條」。木條只是一條小木枝。
    1. 點燃一條木條，然後輕輕吹熄它，讓它仍有紅光，但沒有火焰。
    2. 將帶餘燼的木條放入您測試的氣體容器中。
    3. 如果是氧氣，木條會重新點燃，再次著火！
  • 現實例子： 我們呼吸的就是氧氣，醫院用來幫助病人呼吸，焊接工人也會用它來產生高溫火焰。
二氧化碳 (CO₂)
  • 特性： 它不會幫助燃燒。它是我們呼出的氣體。
  • 測試： 我們將氣體通入一種叫做石灰水（氫氧化鈣溶液）的特殊液體中。
    1. 首先，準備清澈無色的石灰水。
    2. 將氣體通入石灰水中。
    3. 如果是二氧化碳，石灰水會由清澈變成乳白色或者混濁。
  • 現實例子： 植物用它來製造食物，它讓汽水有氣泡，而且因為它可以滅火，所以也會用在一些滅火筒中。
氮氣 (N₂)
  • 特性： 它是一種非常不活潑的氣體。它不會幫助燃燒，也不會影響石灰水。
  • 現實例子： 它用來保持包裝食物（例如洋芋片）的新鮮，因為它可以防止食物與氧氣反應而變質。
快速回顧：氣體測試小提示！

氧氣 (O₂): 帶餘燼的木條重新點燃。
二氧化碳 (CO₂): 石灰水變混濁/呈乳白色。

重點總結

空氣是一種混合氣體，主要是氮氣和氧氣。我們可以利用簡單的化學測試來辨認氧氣和二氧化碳。


7.2 奇妙的食物工廠：光合作用

你們有沒有想過植物怎樣「進食」呢？它們沒有嘴巴嘛！相反，它們會進行一種神奇的過程，叫做光合作用，來製造自己的食物。它們就像綠色的小廚師！

光合作用的「食譜」

就好像廚師需要食材一樣，植物需要從環境中獲取一些物質來製造食物。

  • 材料： 二氧化碳（來自空氣）+ 水（來自土壤）。
  • 能量來源： 陽光（由一種綠色色素叫做葉綠素吸收）。
  • 製成品： 葡萄糖（一種糖分，即是它們的食物）+ 氧氣（會釋放到空氣中）。

我們可以用一個簡單的文字方程式來表示：

二氧化碳 + 水 ---(在陽光和葉綠素的情況下)---> 葡萄糖 + 氧氣

在這個過程中，植物會將太陽的光能轉化為儲存在葡萄糖中的化學能。植物可以立刻用這些食物來獲取能量，或者以澱粉質形式儲存，稍後才用。

您知道嗎？

葉綠素就是讓葉片看起來是綠色的原因！它就像植物的太陽能板，吸收所有陽光。

重點總結

光合作用是植物利用二氧化碳、水和陽光，來製造自己的食物（葡萄糖）並釋放氧氣的過程。它對地球上的生命來說非常重要！


7.3 獲取能量：呼吸作用

好了，植物會製造食物。但是它們（和我們！）又如何將能量從食物中「取出」呢？答案就是呼吸作用。這個過程發生在所有生物（包括植物和動物）的細胞中。

您可以這樣想：進食就像替車子加油，但呼吸作用就像啟動引擎，真正使用汽油，讓車子移動。呼吸作用就是釋放出食物中儲存的能量。

呼吸作用的方程式

呼吸作用基本上與光合作用是相反的！

葡萄糖 + 氧氣 ---> 二氧化碳 + 水 + 能量

這些釋放出來的能量，我們用來做所有事情：活動、思考、保暖以及生長。

光合作用和呼吸作用：快速比較

這可能會有少許難懂，讓我們來分析一下。這是一個經常會搞錯的地方！

  • 誰進行？
    • 光合作用： 只是植物（以及一些簡單生物）。
    • 呼吸作用： 所有生物（植物以及動物）。
  • 何時發生？
    • 光合作用： 只在有光的時候（日間）。
    • 呼吸作用： 無時無刻，全日24小時都在進行！
  • 有什麼目的？
    • 光合作用： 透過製造食物來儲存能量。
    • 呼吸作用： 從食物中釋放能量。
重點總結

呼吸作用是所有活細胞用來從葡萄糖（食物）中釋放能量的過程。它會用到氧氣，並產生二氧化碳和水。


7.4 大呼吸：氣體交換

氣體交換就是生物與其周圍環境之間交換氣體的過程。對我們來說，就是吸入氧氣，呼出二氧化碳。

植物的氣體交換

植物透過葉片上的微細氣孔「呼吸」。日間，它們進行許多光合作用，所以它們吸入的二氧化碳會多過排出的。夜晚，沒有了光，它們只會進行呼吸作用，所以它們會吸入氧氣，並排出二氧化碳，就像我們一樣！

人類的氣體交換

我們的呼吸系統設計得非常精妙，非常適合氣體交換。

空氣的路徑：鼻/口 -> 氣管 -> 肺部 -> 氣囊

真正神奇的地方發生在肺部，在數百萬個很細小的泡泡中，這些泡泡叫做氣囊（或肺泡）。在這裡，我們吸入的空氣中的氧氣會進入我們的血液，而我們血液中的二氧化碳就會排出到空氣中，準備呼出體外。

吸氣與呼氣——有什麼分別？

我們吸入的空氣和呼出的空氣是不同的。

  • 吸入的空氣： 更多氧氣，更少二氧化碳，更少水蒸氣。
  • 呼出的空氣： 更少氧氣，更多二氧化碳，更多水蒸氣，而且會更暖。

吸煙的危險

吸煙對呼吸系統極其有害。香煙的煙霧含有焦油，這是一種黏稠的黑色物質，會堵塞氣囊 (肺泡)。這會讓氧氣很難進入血液。吸煙會導致嚴重的健康問題，例如肺癌和心臟病。

重點總結

氣體交換是生物獲取所需氣體和排出廢氣的方式。在人類身上，這個過程發生在肺部的氣囊 (肺泡) 中。吸煙會嚴重損害這個過程。


7.5 維持平衡

光合作用和呼吸作用在一個美麗而自然的循環中互相配合，以維持大氣中氧氣和二氧化碳的含量平衡。

  • 光合作用從空氣中移除二氧化碳並增加氧氣。
  • 呼吸作用從空氣中移除氧氣並增加二氧化碳。

人類破壞平衡

不幸的是，一些人類活動正在破壞這種平衡。我們透過以下方式，向大氣中排放過多的二氧化碳：

  • 為了發電和交通運輸而燃燒化石燃料（例如煤、石油和天然氣）。
  • 砍伐森林（砍伐大量森林）。樹木越少，就越少光合作用可以移除二氧化碳。

溫室效應

二氧化碳是一種溫室氣體。這意味著它會將熱力困在大氣層中。想像它就像地球的一張毯子。有一點這種氣體是好的；它讓我們的地球足夠溫暖以維持生命。但是透過排放太多二氧化碳，我們就是讓毯子變厚，困住太多熱力。這會導致地球溫度升高，這個現象就是全球暖化，會影響環境和氣候。

重點總結

自然界中存在氧氣和二氧化碳的自然平衡。人類活動，特別是燃燒化石燃料，正在增加二氧化碳水平，從而加劇溫室效應，讓地球變暖。


7.6 空氣品質與我們的健康

我們呼吸的空氣品質對我們的健康有直接影響。清潔的空氣至關重要！

什麼是空氣污染物？

空氣污染物是空氣中的有害物質。常見例子包括煙霧、塵埃，以及來自汽車廢氣和工廠的有害氣體。這些污染物會讓我們呼吸困難，並引起哮喘等健康問題。

監測空氣——空氣品質健康指數 (空品健)

空氣品質健康指數 (空品健) 是一個指標，告訴我們現在空氣污染的程度。它就像空氣的天氣報告！

  • 它的報告範圍由 1 至 10+，並分為五個健康風險類別：低、中、高、甚高和嚴重。
  • 它會提供健康忠告。例如，當空品健達到「甚高」水平時，有心臟病或呼吸問題的人會被建議留在室內，並避免劇烈運動。
重點總結

空氣污染物會損害我們的健康。空品健幫助我們了解空氣污染程度，並提供保護自己的建議。


恭喜你們成功讀完這份筆記！你們學到許多關於我們身邊無形但又非常重要的空氣。請繼續保持好奇心！