臺灣大學海洋研究所學位論文
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由於氣候變遷，極端氣候出現的頻率也隨之增加，這些極端氣候對生態系會造成強烈的擾動。例如在湖泊生態系中，由颱風(typhoon)以及大雨(extreme rain, ER)事件所造成的強降雨(extreme precipitation, EP)，其所造成的影響儼然已成為重要議題。之前的研究指出，強降雨可以經由讓濁度上升以及由上游帶來營養鹽來對浮游植物群集造成擾動(disturbance)。然而，關於這種上行效應(bottom-up effect)是否傳遞到浮游動物以及如何傳遞的機制仍然不清楚。為了解決這個議題，我們利用在2008到2012年間在翡翠水庫發生的強降雨事件，調查了在這些事件中的強降雨前期和強降雨後期裡浮游動物群集、浮游植物生物量以及環境因子變化間的相關性。我們發現，通常濁度(turbidity)跟磷營養鹽(phosphate)會在強降雨之後上升，同時葉綠素a的濃度在強降雨過後由於光遮蔽效應而迅速下降，然後再漸漸回復至強降雨事件前原本的濃度水平。另外葉綠素a的最大值深度(the depth of the chlorophyll a maximum)也在颱風後顯著變淺。葉綠素a濃度跟最大值深度的變化說明了浮游植物主要是受到強降雨帶來的濁度上升所影響。更重要的是，浮游動物會根據其體型大小跟食性對強降雨產生不同的反應。強降雨後浮游動物的總密度上升但總生物量下降，說明了其物種組成會在強降雨後偏向較小尺寸的物種如輪蟲或小型枝腳類。我們也利用判別分析發現浮游動物的物種組成在強降雨事件後跟平日間有顯著的差異(正確率超過80%)，將強降雨事件後再細分為四個時期(以週為單位)後，每個時期彼此間的重分類正確率也接近70%。這些發現提供了強降雨會在湖泊中造成擾動且這些擾動會經由上行效應影響浮游動物的量及組成的證據。
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鮟鱇科 (Lophiidae)、棘茄魚科 (Ogcocephalidae)、單棘躄魚科 (Chaunacidae)，同屬鮟鱇目 (Lophiiformes)，其科內物種大部分為深海底棲性。過去由於此三科內物種間形態特徵差異不大，使某些物種分類問題懸而未解。雖然前人以形態特徵對此三科內物種分別提出種群假說，然而這些假說皆沒有進一步以其它研究方法驗證。本研究利用分子系統分類方法，對分佈於西太平洋地區鮟鱇科、棘茄魚科及單棘躄魚科的物種標本進行親緣關係之推衍，以達成下列目的：(1) 檢視西太平洋地區此三科內分析物種之有效性及其分類地位；(2) 校正西太平洋地區此三科魚類之物種多樣性及地理分布；(3) 檢驗前人根據形態特徵對此三科建構之種群假說是否成立；(4) 檢驗此三科物種與其他鮟鱇目類群（躄魚亞目及角鮟鱇亞目）間的親緣關係假說。研究結果顯示，鮟鱇亞目（鮟鱇科）為鮟鱇目最早分化類群，單棘躄魚亞目（單棘躄魚科）與角鮟鱇亞目形成姊妹群，但其餘兩類群（棘茄魚亞目及躄魚亞目）親緣關係位置無法確定。鮟鱇科內四個屬皆獨立形成單系群 (monophyletic group)，但屬間親緣關係未解決。在Lophiodes屬內則形成四個演化系群，其中Lophiodes mutilus並非為單系群，種內至少有兩個隱蔽種。在單棘躄魚科中， Chaunax屬物種為單系群，其屬內物種的分類地位已進一步釐清，並發現五個可能的新種。棘茄魚科中，共發現十個可能的新種；部分屬間親緣關係獲得解決，然而Coelophrys、Halieutopsis、Malthopsis及Solocisquama屬未形成單系群，其中Coelophrys屬的物種應被歸到Halieutopsis屬的基因系群內；而Malthopsis mitrigera及Solocisquama erythrina並未與其它同屬物種形成單系群。此外，Halieutaea屬內形成五個演化系群，何博士待發表新種 Halieutaea n. sp. 不屬於Halieutopsis屬其它已知的四個種群。Halicmetus屬內形成兩個演化系群，但屬內多數物種之分類地位仍待進一步解決。
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本研究處理分析南海北坡被動大陸邊緣上的一條多頻道震測及海底地震儀剖面資料，以探討大陸邊緣的地殼構造。此測線以北北西-南南東走向跨過珠二凹陷與西北次海盆。西北次海盆為南海早期擴張並停止後所形成的海盆，故此區域保留了南海張裂初期的地殼構造。從反射震測剖面中可看出在大陸斜坡上有許多正斷層，推測為西北次海盆在三千萬年前擴張時所形成的，而在西北次海盆中則有許多擴張後所沈積的平坦沈積物與受火成活動影響所形成的隆起。 由於反射震測剖面僅能清楚顯示基盤以上的地殼構造，本研究利用海底地震儀資料來建立此剖面的地殼速度模型。一般利用震波走時信號推求地殼速度構造的方式有兩種，第一種為波線追跡(ray-tracing)，此方法考慮到地層邊界的存在，缺點是每一次正演都須仰賴人工進行模擬，過程較為耗時且結果往往因以人工方式進行模擬的修正所以較為主觀。第二種為層析成像模擬(tomography)，會根據理論走時與觀測走時所得到的誤差來尋找適合的模型，其模擬過程較為快速且結果也較為客觀。但此種方法的觀測走時多為折射波，模擬出來的結果主要是速度在空間上的變化，較無層的概念，因而模型結果可能過於平順。此兩種不同的速度分析方法各有優劣。 在南海北坡已經有許多前人利用震波速度模型來探討此區的地殼構造。有別於前人研究單獨使用層析成像模擬或是波線追跡的方法去求得速度構造，本研究嘗試使用了綜合式速度分析方法：首先利用速度頻譜法分析反射震測資料，獲得淺部沈積層的速度資訊；再使用層析成像模擬與波線追跡來分析模擬海底地震儀的走時資料，以期綜合此三種方法的優勢以獲得比以往使用單一方法更良好的速度模型。 本研究的速度模型結果與震測所辨識出的基盤面對應良好，在半地塹等基盤較崎嶇的地方等速線正確的隨著基盤起伏，且在有火成活動的地方速度也有良好的對應。與前人發表緊鄰本測線的OBS2006相比，OBS2006測線在淺部的等速線較平緩，顯示本研究所使用的速度分析方法能建立更精確的速度構造。在深部地殼構造部份，大陸斜坡下的莫荷面深度約為25公里，往南進入西北次海盆後莫荷面快速上升至11-12公里左右。在西北次海盆演化部份，莫荷面起伏與OBS2006結果相近，顯示西北次海盆確為南海早期擴張所形成。
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本研究利用自製之恆溫反應裝置探討了溫度對磷鉬銻藍法測定磷酸鹽反應之影響，發現溫度確實會影響磷鉬銻藍複合物之吸收光譜，不同溫度下已呈色磷鉬銻藍之光譜在波長 935 nm 時會有一結點，波長在此點以上時，吸光值與溫度呈正相關，此點以下則反之，以波長 880 nm 為例，每升高 1 ℃ 會使吸光係數降低約 0.22 %。因此當反應在加熱情況下進行時，雖反應速率加快，但吸光係數亦會降低，且若反應溫度超過 35 ℃ 時，吸光值還會出現先升後降之不可逆現象，即使降回常溫也無法回復，故建議測定時將反應溫度控制在 30 ℃ 以下。此外本研究亦證實提高抗壞血酸試劑濃度能加速反應進行以及在抗壞血酸中加入去氧劑 (亞硫酸鈉) 能有效延緩其氧化且不影響呈色結果，解決了保存不易之問題。綜合以上結論，本研究設計了一套間歇式磷酸鹽流動分析方法，採用停機測定之概念將樣品與試劑混合後送入恆溫光槽即停止進樣，使化學反應在光槽中完成。此方法之線性範圍為濃度 0~50 μM，靈敏度約 0.2 μM，相對精密度在測定濃度 10 μM 之樣品時小於 ±0.05 %，分析一個樣品約需時 150 s，雖停機測定增加了些許等待時間，但測定是在靜止且呈色完成之狀態下進行，測值非常穩定，亦不受樣品鹽度及溫度干擾，非常適合河口及海上作業。
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本研究針對台灣東北海域齒鰆 (Sarda orientalis)嘗試以第一背鰭之硬棘、脊椎骨及耳石做為年齡查定之形質，進行年齡與成長之研究。樣本來自2013年12月至2014年11月於宜蘭東澳新協發定置網與南方澳漁港扒網船之漁獲物，另加入7尾收自台東成功漁港的樣本 (延繩釣)，共195尾齒鰆，樣本尾叉長範圍為30.8-80.2公分，體重 (全重)範圍為0.42-7.69公斤，樣本體長體重關係式為RW = 0.0128 × FL3.0406。 初步研究發現齒鰆的第一背鰭脈管化的情況嚴重，而脊椎骨因無法判讀日輪估計1歲以下樣本的日齡，使得成長參數的估計結果有誤差，因此將第一背鰭之硬棘及脊椎骨捨棄使用。耳石樣本經年輪判讀之後，將判讀為1歲及1歲以下的樣本進行日輪判讀。結果發現日輪介於113天到451天之間，尾叉長接近54公分時年齡約滿一歲，重複判讀之平均百分誤差 (APE, average percent error)為0.81%，變異係數 (CV, coefficient of variation)為1.05%；而年輪判讀結果為1到5歲，耳石年輪判讀之APE值為5.30%， CV值為7.13%。以245天為界線，分別套適Gompertz和von Bertalanffy兩種成長方程式，結果顯示日輪245天以下以Gompertz成長方程式的套適度較好，而日輪245天以上則以von Bertalanffy成長方程式的套適度較好，雌雄合併的Gompertz成長參數為極限體長(Linf) = 61.189 cm、反曲點的瞬時成長率(G) = 2.909 yr-1、體長為零時的年齡(t0) = 0.181 yr，von Bertalanffy的成長參數為Linf = 84.015 cm、成長係數(k) = 0. 322 yr-1、t0 = -2.074 yr。齒鰆的孵化日經日輪回推後，主要介於1到6月之間，與生殖生物學估計產卵季節相近。
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過去對於水域底質之判定多採用傳統岩芯取樣的方法，結果除沒有效率外，對區域的代表性也不佳。本次研究目的為測試使用聲波傳遞的方法，用來估算海床上和其下方淺層沉積物的反射係數值，進而判斷調查地方沉積物的顆粒大小分布。使用工具是連續變頻聲納(chirp sonar)系統，為EdgeTech公司1990年出產的Xstar系統，音鼓載具型號是SB-216S，作業使用頻段為2- 10kHz，工作地點在苗栗竹南外海。利用聲波反射能量來計算反射係數值，需考慮各介質中對能量的擴散、衰減等因素，研究中為了計算聲波在傳播過程中減少的能量，考慮了音束束寬傳播和聲波波長的效應關係，去求取反射係數解，這過程所得到的校正值和根據現場海床樣本的粒徑分布屬性，並利用Hamilton(1970)的實驗值尚稱吻合。本研究方法進一步用來計算海床次層的反射係數，用鑽孔資料做比對，結果顯示對海床下的聲波地層介面反射係數的估算偏差量，越往深處誤差可能會隨訊號強弱而改變。利用聲波去計算反射係數值，必須考量近場域壓力場測量值的代表性是否充分，或需建立一合理的聲場校正程序方能有效。參考測區附近的岩心資料對比本研究得出的各層反射係數值，驗證結果符合實際的沉積物淺層分佈的情形。
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日月潭是台灣最重要的觀光湖泊及重要的電力調節設施，但由其東側引水口而來之溪水每天不斷將含泥的濁水溪渾水引入，造成從引水隧道口往外形成淤泥淤積，在水庫內堆積成沖積扇，除降低水庫有效之庫容空間，也嚴重導致潭水在淤泥處的生態受衝擊使得環境改變。此外日月潭是個70年前因抽續發電目的而改變形貌的盆地，由於水力的開發迫使邵族原來在日月潭畔的舊部落，現今被淹在水中。本研究利用日月潭水庫為實驗場所，利用多音束測深系統、側掃聲納及震測系統取得水下資料，觀察此區域的水下地形及地貌，討論和水下考古有關的水下特徵，並說明潭底沖積扇在過去十年來生長的狀態，間接預測水庫內沉積變化的趨勢，或許可提供為水庫維護的重要參考依據。 結果顯示日月潭西側月潭多年來幾乎無沉積物的產生，拉魯島之水下形貌幾乎一致；而西側日潭則會受東側引水口所帶來之泥砂淤積所影響地形高程。地形資料顯由潭深處漸往淺水域(721-748公尺)，高程位置的變化趨勢分為三個段落，斜率最大的為728m~739m這段，為2006-2014年來淤積的主要區域位置，也是沖積扇主要生長的範圍。新武界隧道在2006年啟用後，可以由2006-2012年變異圖上看到兩個淤積中心，顯示了新舊武界出水口所送出的淤泥推積在不同的位置上，且新武界送出的淤泥量比較多，並往正西方向推移，有向依達邵侵襲的趨勢；側掃聲納影像資料對比，可以找到相對應之地貌特徵如梯田構造、道路、古河道等，表示這117餘年來水下樣貌幾乎沒有改變，且在水下發現和古地圖上相似之古建物樣貌，但其真正結果下一步需要經由水下攝影機來佐證；震測資料可以發現地層間有壓密現象的發生，且日潭東側大於西側。此壓密現象是連續性的，沉積物會因為壓密作用於層間產生氣體。並且可以在震測剖面上看到基盤有下陷的情形，此現象或許和構造有關，並不完全是由壓密現象所引起。
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本研究藉由ORII-2023航次於東海海域利用多層次粒徑收集器(Catnet Sequential Filtration，Catnet)採集10~60um浮游植物，以了解表層海水及次表層海水的浮游植物體內基礎生長元素(C、N、P、Si)及微量金屬(Fe、Zn、Cu、Ni、Cd、Mn)組成比例。 研究發現表層海水及次表層海水中的較大之微型浮游植物(10~60um)約百分之九十的浮游植物細胞大小介於10~12um之間。浮游植物個體數量於各測站間差異大，整體而言表層海水的浮游植物個體數量高於次表層海水。近岸區域主要以矽藻、渦鞭毛藻、定鞭藻為優勢族群，近太平洋的區域則以綠藻、隱藻為主要族群。 浮游植物體內基礎元素C、N、P組成比值大致穩定，整體而言，表層海水的浮游植物C:N:P=145:21:1，次表層海水之浮游植物基礎元素C、N、P比值為121:18:1。微量金屬元素組成於表層海水及次表層海水之平均比值分別為(Fe1082Zn39Cu6.0Ni1.6Cd0.02Mn1.4)P1000 與 (Fe267Zn43Cu3.6Ni5.7 Cd0.09 Mn1.6)P1000。金屬元素在浮游植物體內的含量會因浮游植物的生長環境(光照強度)及浮游植物種類而異。整體來說，於東海海域，生長於表層海水的浮游植物體內金屬含量高於次表層海水的浮游植物。
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Po-210和Pb-210皆為U-238系列中的親顆粒性放射元素，然因兩者化性不同而顯現不同生地化行為，Pb-210較親無機性顆粒，Po-210則較易與生物性顆粒結合，常被運用於海洋顆粒清除作用研究，由於Po-210可被浮游植物與浮游動物吸收並隨食物鏈傳遞而富集於高階之魚鮮中，為人類食物主要的天然輻射源。魚類位於海洋食物鏈終端，且為人類重要蛋白質來源，本研究為了探討底棲魚體Po-210及Pb-210關係，於台灣西南海域採集不同深度(67、124、255、308、391、910 m) 地點之底棲魚類樣品，計17科33種底棲魚，並測量其全魚與各器官之Po-210和Pb-210活度。 本研究結果顯示，全魚Po-210活度範圍介於2.8到94.7 dpm/g之間、Pb-210活度範圍介於0.3-8.5 dpm/g、Po-210/Pb-210比值則介於5.4至24.7之間，不同科之間Po-210與Pb-210活度皆有差異，可能與魚類生活型態相關，而不同科魚種間Pb-210活度差異和Po-210相似，但活度遠低Po-210，可見生物相較於Pb-210更傾向富集Po-210。魚體不同器官Po-210活度介於0.8到172 dpm/g之間、Pb-210活度介於ND至9.9 dpm/g，而Po-210/Pb-210比值則介於 2.5 - 52.3，其中以內臟活度最高，肌肉次之，骨骼最低。但軟骨魚的骨骼Po-210與Pb-210的活度都較肌肉為高，此差異可能是硬骨魚與軟骨魚骨骼成分差異所造成。與文獻報告浮游生物數據相比，Po-210濃縮係數(CF)於浮游動物有最大值，營養階層較高的魚類Po-210濃縮係數反而下降，可看出Po-210活度並未隨營養階層上升而變高，Pb-210濃縮係數則隨著營養階層上升而下降，於浮游植物有最大值，而各生物Po-210/Pb-210比值則有隨營養階層上升而上升的趨勢。 台灣底棲魚貢獻放射性攝取劑量約 380 mSv/year，與他國相比較高，可能是台灣每人漁獲消耗量較高，且魚體活度亦較其他地區為高所致。
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大洋之海床水深和其年齡開根號成正比線性關係，其物理機制可用一維熱傳導-半空間冷卻模型來解釋。半空間冷卻模型(以及後續的二維板塊模型、GDH1、GDH2、PSM等修正)可解釋洋脊擴張方向上的觀測，但對沿著中洋脊頂走向的地形或沉降率變化卻沒有完整的討論。 截軸選取廊道結果顯示在海床深度和年齡的開根號的確有線性關係，但沿著洋脊脊軸存在沉降率變化差異，定性上將沉降率變化歸因於洋脊下方的地幔溫度不同，若將沉降率變化完全歸因於溫度差異的話，則溫度異常可達400~600度不等。若進一步避免選取廊道的主觀影響而系統化將區域內逐點計算沉降率變化，則發現太平洋地區受熱柱、小尺度對流、轉型斷層等影響，呈現高沉降率外且擴張歷史複雜無法以單一半空間冷卻模型來解釋。大西洋及東南印度洋脊有清楚的沿脊沉降率變化，以赤道大西洋、澳洲-南極錯亂帶地區有低沉降率。半空間冷卻模型奠基於擴張被動流場(passive spreading flow field)的基本假設，將海洋岩圈視為單純的一維熱擴散向下冷卻，忽略如果地幔存在溫度差異會造成地幔對流動力流場(dynamic flow)的可能影響。但我們發現東南印度洋脊擴張速率均一，地形受冷異常影響而有低沉降率，應為被動流場所主導。