99 學年科學實驗能力競賽地球科學科複試試題--第一部分
【大氣與氣候變遷】總分 100 分
班號 座號 姓名
1. 藉 由 上 升 空 氣 塊 的 溫 度 遞 減 率 與 實 際 環 境 溫 度 遞 減 率 間 的 比 較，與 下 面 兩 個 圖 形 的 說 明，闡 釋 大 氣 穩 定 度 的 意 義 。 (20 分) (1). 在 A 圖中，未飽和的空氣塊上升到甲點後，會再上升還是下降，請說明其理由。(5 分) (2). 在 B 圖中，未飽和的空氣塊上升到乙點後，會再上升還是下降，請說明其理由。(5 分) (3). 請依此一概念，繪圖說明「逆溫」現象發生時，環境大氣溫度在垂直方向的變化情形。(10 分) 甲 乙2. 表 格 是 201 0 年 凡 那 比 颱 風 侵 台 時，台 東 測 站 的 逐 時 氣 象 資 料 記 錄 。 其 暴 風 圈 於 9 月 19 日 0 時 左 右 接 觸 台 灣 東 北 部 陸 地 ， 並 地 形 產 生 交 互 作 用，轉 為 向 西 南 西 至 西 南 方 向 移 動 ， 其 暴 風 圈 逐 漸 籠 罩 全 台。上 午 某 時 在 花 蓮 縣 豐 濱 鄉 附 近 登 陸，強 度 略 為 減 弱。請 回答下列問題：(20 分) (1 ) 颱 風 大 約 是 在 哪 時 候 登 陸 台 灣 ？ 可 從 表 格 中 哪 些 數 據 的 變 化 判 斷 出 來 ？ 並 請 詳 述 判 斷 的 理 由 。 (10 分 ) (2). 清晨 6-7 時間，相對溼度從 82%變成 53%，可能的原因為何？請詳述其理由？(5%) (3). 請畫出颱風的垂直剖面圖，標明風雨最大的區域。(5%) 觀測時間 溫度 (°C ) 風向 平均風 力(級 /m/s) 陣風(級 /m/s) 相對溼 度(%) 海平面 氣壓 (hpa) 累積 雨量 (mm) 09/19 17:00 25.6 南南西 5 / 10.0 9 / 21.5 91 992 37.0 09/19 16:00 25.4 南南西 6 / 11.0 9 / 21.5 90 990.4 29.0 09/19 15:00 25.9 南南西 5 / 9.5 8 / 19.0 90 989 23.0 09/19 14:00 25.9 南南西 5 / 9.5 10 / 25.0 90 987.1 13.0 09/19 13:00 26.7 南南西 4 / 6.0 9 / 21.0 87 985.7 7.0 09/19 12:00 26.9 西南 4 / 7.0 10 / 25.0 84 983.3 2.0 09/19 11:00 28.7 南南西 6 / 11.5 10 / 25.0 74 981.1 微量 09/19 10:00 30.8 南南西 5 / 10.0 9 / 23.0 62 979.6 微量 09/19 09:00 32.7 南南西 4 / 8.0 9 / 22.0 54 978.2 微量 09/19 08:00 31.7 西南 4 / 6.5 8 / 19.0 56 979.5 微量 09/19 07:00 32.7 西南 3 / 3.5 6 / 11.5 53 983.3 微量 09/19 06:00 26.4 東南東 1 / 0.5 － / － 82 986.8 0.0 09/19 05:00 27.4 東北 3 / 5.0 6 / 12.5 77 988.8 0.0 09/19 04:00 27.1 北北西 1 / 1.0 － / － 71 987.2 0.0 09/19 03:00 26.9 北北西 1 / 1.0 － / － 73 989.8 0.0 09/19 02:00 27.3 北北西 1 / 0.5 － / － 72 992.5 0.0 09/19 01:00 27.3 西北 1 / 1.5 － / － 73 994.5 0.0 09/19 00:00 27.6 西北 1 / 1.5 － / － 72 995.4 0.0
3. 理想氣體的狀態方程式為 P=ρRT，應用到大氣中的水氣含量計算時，可得水汽的狀態方程： 其中， 請利用底下條件計算水汽密度ρ(單位：g/m3 )與相對溼度。( hpa=
N/m
2 =kgw/m
2)
(20 分) (1). 氣溫 20℃，水氣壓 10 hpa 時，則其水汽密度為何？若其飽和水汽密度為 17.3 g/m3，則其相對溼度為？以 上均得詳列計算過程。(15 分) (2). 氣溫 26℃，水氣壓 20 hpa 時，若其飽和水汽密度與飽和水氣壓分別為 24.4g/m3與 33.7hpa，則其相對溼 度為？(5 分) 4. 下圖為500百帕之天氣圖，右側公式表示某情況下大氣運動方程式。(20分)v
v
e
=
ρ
R T
(
1 1)
: : : 461.5 : v v v e R R JKg K Tρ
− − = 水汽壓 水汽密度 水汽氣體常數 溫度(1) 公式中(1)、(2)、(3)各項所代表的物理意義。(10分) (2) 請在天氣圖上畫出A處 (2)和(3)項的方向。(10分) 5. 下圖為 60 萬年來，由南極冰芯中得到的 N2O、CO2、CH4和氘(δD)的含量變化圖，最底下為底棲有孔蟲殼 體中的δ18 O 變化值。請回答下列問題。(20 分) (1). 圖中五個灰框分別代表什麼時期？請敘述其意義與時間長度，並說明可由圖上哪些氣體變化趨勢得到這個 推論。(10 分) (2). 請說明底棲(Benthic)有孔蟲殼體中的δ18O 的數值大小，為何在五個灰框時期都會變得較小？(10 分)
99 學年科學實驗能力競賽地球科學科複試試題--第二部分
【海洋篇】總分 50 分
班號 座號 姓名
1. 地球每 24 小時繞地軸自轉一週，何以連續兩次滿潮之間的時間差距不是 12 小時，而是 12 小時 25 分？ 請詳述你的論述與計算。(5 分) 若月球繞地的公轉週期改為 36 天，那地球的潮汐會有何變化？請詳述你的論 述與計算。(5 分) 答： 2. 請簡述表面洋流與盛行風間的關係，並畫出北半球表面洋流流向如何受風的影響，而產生偏轉的示意圖(需 註明每個力的名稱)。(10 分) 答： 3. 何謂淺水波？請寫出淺水波的波速公式，並利用它來解釋為什麼波浪傳抵海岸前會破碎？(10 分) 答：4. 1966 年 4 月 9 日海洋研究船在台灣東部外海同一緯度五個測站(由西向東依序為 ST-15、ST-16、ST-17、 ST-18、ST-19)不同深度測得海水之溫度分布如下表。請推測黑潮可能流經哪些測站，並請說明理由？(5 分) 答： 測站 / 深度(米) ST-15 ST-16 ST-17 ST-18 ST-19 0m 26.79 26.86 24.51 24.88 22.61 50 25.70 25.75 23.68 23.07 22.46 100 24.07 24.12 22.95 21.75 21.84 200 19.36 19.85 19.69 17.92 18.52 300 15.78 16.62 16.46 15.42 15.11 400 12.60 12.84 12.70 12.68 12.75 500 10.00 10.30 9.99 9.70 10.08 600 7.75 8.00 7.71 7.67 7.22 5. 何謂「初級生產力」？ (5 分) 台灣附近哪些海域有顯著的湧升流現象？ (5 分) 為何湧升流區通常有比其 它海域更高的初級生產力？ (5 分) 答： 「初級生產力」： 「台灣附近海域」： 「為何湧升流區域具有較高的初級生產力」：
天
北
極
天
北
極
黃道
天球赤道
夏至
99 學年科學實驗能力競賽地球科學科複試試題--第三部分
【天文篇】總分 80 分
班號 座號 姓名
一、天球是一個與地心同心的假想球，與地球有相同的自轉軸且半徑無限大，古希臘人將天體視為鑲在天球 上繞著地球轉。而星座盤（planisphere）意義為「天空的平面」，是以平面來表示充滿恆星的天空。 (1)請於天球黃道上標示出太陽的移動方向？並寫出夏至點的天球座標值。(5分) 答： (2)對北回歸線的觀測者而言，能見到的星群如右圖，請問此星圖相當於天球上哪一範圍，請直接標示於左圖 上(5分)。並寫出此星圖中所有天體的赤緯座標範圍。(5分) 答： (3)請於右側星圖上標示出天球赤道、黃道、春分點以及秋分點。(10 分) (4)獵戶座（右圖圈選處）的腰帶三星的天球座標大約是多少？(5分) 6月中旬能否於夜空中觀測此星座？理由？ (5分)。 答： 三、 太陽系中最大的行星「木星」，在今年9月21日晚間7時36分達到「大衝」，是47年來最大、最亮的一次。前一 次是發生在1963年10月8日，下一次則要等到2022年9月27日。 木星 21 日大衝， 47 年來最大、最亮 請問 (1) 何謂木星大衝並繪圖說明。(5分) 答： 天球示意圖 北回歸線所見星圖(2)已知地球一周需1年，等於365.256日，木星與地球的會合週期為398.9日，請計算出一個木星年(木星繞太陽 公轉一圈)大約有多少地球日？ (5分) 答： (3)為何木星大衝的間隔時間達47年之久？(5分) 答： 三、下圖是各種恆星之光度與表面溫度關係圖(稱為赫羅圖)。大部分的恆星的光度、溫度呈現一定的關係，而 落在「主序帶」上。主序帶上的恆星稱為主序星，是穩定進行核融合反應的壯年恆星。而下表則是一些恆 星的基本資料，試參考赫羅圖回答： (1)參宿四的絕對星等為多少？(5分，須有計算式子才計分) 答： (2)參宿四應該屬於赫羅圖中哪一類型恆星(填主序星、白矮星…)並標示於赫羅圖上。(5分) 答： 表一 星名 視星等 光譜型 距離(光年) 參宿四 0.10 M2 427.42 天狼A -1.43 A1 8.58 織女 0.03 A0 25.3 毗鄰星 11.09 M5 4.22 軒轅十四 1.35 B7 77.5 五車二 0.10 M1 42.2
(3)參宿四與五車二的溫度差不多，但距離地球遠近落差甚遠，為何兩星看起來還是差不多亮？(5分) 答：
(4)請於赫羅圖上標示出太陽最可能的生命演化歷程。(5分)
四、天文學家如何利用視差法測定星球的距離，請將其測量原理繪圖說明。此種測量方法能否得到1000光年遠 的星球距離？為何麼？(15分)
99 學年科學實驗能力競賽地球科學科複試試題--第四部分
【地質與地物篇】總分 110 分
班號 座號 姓名
一、某處的地層剖面總厚度約280公尺，由上而下可分為A~E五個呈水平之岩層，其層序均正常且未倒轉。根 據各層所採集的岩石樣本之分析結果，得知這五個岩層的年代、岩性、厚度以及化石均不同，且年代橫 跨了寒武紀、更新世、中新世、三疊紀、始新世。且各層特性如下： 甲、 頁岩層在粉砂岩之下(但不一定靠在一起)。 乙、 砂岩層的厚度要比頁岩層厚40公尺。 丙、 玄武岩層的上面一層厚約100公尺。 丁、 含有海膽化石的岩層厚度要比含有貝類化石的岩層薄。 戊、 含有恐龍化石的岩層之上的第二層是石灰岩。 己、 在20公尺厚岩層之上的那層岩層裡面沒有發現任何化石。 庚、 含有三葉蟲化石的岩層厚約30公尺。 請問各岩層的年代、岩性、厚度和所含化石種類為何？(每格1分，共20分) 答： 岩層代號 年代 岩性 厚度 化石 A B C D E 二、何謂轉形斷層？它與一般的平移斷層有何不同？請用一張白紙及剪刀製作一個中洋脊附近的轉形斷層系 統(二中洋脊備一轉形斷層分開)黏貼於試卷上(平面圖，最多三刀)，並在其上加繪中洋脊、轉形斷層、破 裂帶和新生洋殼等重要構造單元，以及地震可能發生的位置。(10分)三、右圖為學者艾里(Airy, 1855)所提出的地殼 均衡假說示意圖，該假說提到：地殼均衡 浮在a平面上，且在補償深度位置上的各 點，其所受到的上方物質壓力相等。請問 「地函」的密度約為多少？(答案請用四 捨五入法計算到小數點以下二位，單位： g/cm3 ) (5分) 四、請就板塊，地殼等構造來詳細說明以下地形區是如何形成的並繪畫圖說明。(20分) (1)喜馬拉雅山、(2)陽明山、(3)安地斯山、(4)澎湖群島。 答： 五、ㄧ地震發生，P 波和 S 波到達 A、B 和 C 三測站的時間差，求出三測站到震源之距離，以此距離為半徑作 三圓﹝如圖﹞，並未相交於一點。請問震央最可能位於哪裡？為什麼？（10 分） 答： 地函 5.5 海平面 密度 = 2.67g/cm3
a
海水之密度約 為 1.023 g/cm3六、岩石通常是由一種以上的礦物所組成，將岩石熔融即形成所謂的岩漿。岩漿活動較為活躍的地區其分佈 常與板塊的邊界有關，試運用所學的地球科學知識回下列問題。 (1)在岩漿慢慢冷卻的過程中，下列礦物會依何種順序結晶出來，為什麼？ 石英、橄欖石、雲母、輝石、長石、角閃石（10 分）。 答： (2)承上題，請判斷玄武岩和花崗岩何者熔化的溫度較高? 為什麼? （5 分） 答： (3)不同類型的板塊邊界其形成的岩漿也不同，如下圖所示，請問下列兩種板塊邊界其產生的岩漿各是何種岩 質的岩漿? 甲、_______________板塊邊界產生___________________________（5 分） 乙、_______________板塊邊界產生___________________________（5 分） 七、礦物與岩石辨認（20 分） 【實驗器材：刀片 1 支、放大鏡 1 個、條痕板 1 個、礦物標本 3 個、岩石標本 3 個。(每人作答 3 分鐘)】 (1)（等看到標本，才做答）此礦物的光澤為 (2)（等看到標本，才做答）此礦物的條痕為 （3 分） (3)（等看到標本，才做答）此礦物的解理為 （3 分） (4)（等看到標本，才做答）此岩石屬三大岩類的 組 （3 分） (5)（等看到標本，才做答）此岩石的組織隱示它曾經過 （4 分） 作用而形成 （3 分） A 甲 乙 B
