大屯火山群
新北投地熱谷──北投石(二)由認識北投石談環境保護與復育

文.圖 莊文星 


北投石之礦物與化學性質
北投石在化學成分上是一種硫酸鉛和硫酸鋇的化合物,屬於鉛質重晶石。重晶石(BaSO4)成分中的鋇(Ba)可由同一鹼土金屬族元素的鈣、鍶、鐳或化學性質相似的鉛元素取代。當鋇完全為鍶所取代,所成的另一端成份礦物,稱為天青石(SrSO4,圖1);而鉛完全取代鋇所成的一端成份礦物則稱為鉛礬或硫酸鉛(PbSO4,圖2)。而由重晶石(BaSO4)—鉛礬(PbSO4)—天青石(SrSO4)三個端成份所構成的三角形範圍,乃組成了重晶石類的礦物家族(圖2)。其中,鉛亦可僅部份取代鋇,當Pb含量較多之鉛質重晶石,稱北投石,其PbO含量達17~22﹪,此類礦物還含有鐳(Ra)的放射性元素。因產於臺灣北投溫泉中為首度發現的新礦物而命名為北投石(圖1)。


圖1. 硫酸鹽類礦物重晶石族之成員有重晶石、天青石、鉛礬和北投石等。

 

鋇離子之大小大於鉛離子,因此斜方晶系重晶石族中,鉛取代愈多之礦物,其結晶體也愈小(圖2);而於X-光繞射圖中,同一組結晶面繞射峰出現的2θ角度也愈大。故就重晶石、北投石與鉛礬之同一晶面組於X-光繞射圖(圖3)出現之順序,由大到小依次為重晶石(BaSO4)>北投石(Ba1-xPbxSO4)>鉛礬(PbSO4)。


圖2. 重晶石族礦物屬斜方晶系之結晶構造。

圖3. 北投石X光繞射圖。北投石為重晶石(BaSO4)與鉛礬(PbSO4)間之固融體,X光繞射顯示礦物晶體大小亦介於重晶石與鉛礬間,其大小為重晶石(PbSO4)>北投石(Ba1-xPbxSO4)>鉛礬(BaSO4)。

 

北投石之輻射偵測
一般含有放射性具天然輻射的元素,如鈾(U)、釷(Th)、鐳(Ra)等的礦物叫作放射性礦物。放射性元素能自發地從原子核內部釋放出粒子(如α或β粒子)或輻射線(如γ射線),同時釋放出能量,這種特性稱為具有「放射性」。這一過程稱為放射性衰變。
原子序在84以上的元素都具有放射性。原子序在83以下的某些元素,如鉀(K)、銣(Rb)等之同位素也具有放射性(如K40、Rb87)。放射性元素的原子核是不穩定的,它經由一次或一系列的衰變後形成穩定的元素或同位素(原子序相同但質量數不同)的原子核。例如北投石所含的放射性元素鐳即為鈾衰變系列的子產物。經由一系列的放射性衰變,最後成穩定的鉛—206。
測定放射性的方法通常用蓋氏計數器、閃爍計數器、照片感光等。放射性核種蛻變產生α粒子、β粒子或γ射線。γ射線所釋放出的能量可利用多頻道能譜儀檢測。多頻道能譜儀的功能就如同血液遺傳DNA、心電圖或指紋的比對,為見不著摸不到神秘放射性核種檢測的利器。檢測時,一般北投石所含放射性核種鐳-226則以609.3 KeV(千電子伏特)為代表(圖4)。圖4.北投石之多頻道加馬(γ)能譜圖。又如臺灣西南海沙灘中含有具放射性的重礦物-- 獨居石含放射性核種釷-232與鐳-226,釷-232釋放出之能量以238.6或583.1 KeV為檢測標的。而鉀放射性同位素鉀-40釋放出之能量為1460.7 KeV;天然鈾乃根據1000.5 KeV為判識指準。北投石之放射性乃源自於溫泉水,北投溪溫泉水中可檢測出含有鐳-226、釷-232與鉀—40等核種。其中鐳-226與釷-232於臺灣其它溫泉水中並不存在。
環境保護與北投石之復育 
北投溪的北投石多年來已被人挖掘採取搜刮殆盡,加之受環境破壞與餐廳廚房、浴室澡堂、衛生下水道等廢水污染(圖5與圖6),已見不到新生的礦物,連殘餘的也是鳳毛麟角十分稀少。1999年來才經地方人士之努力,爭取設立北投石保護區來維護這國寶級的遺跡。2000年政府將北投石指定為自然文化景觀,確認為其所具有之環境保育與教育文化的價值。但不論是歷經了生態工法河道整治護坡水土保持或萬人護溪活動,希望提升並凝聚北投居民之社區意識,都不足以彌補不當的工程施工與水污染之戕害。北投溪整治挖掘與亂倒土石廢棄物,或為了拓展觀光,溫泉水源的開發,導入外來的白磺,混亂了地熱谷流出的古青磺水質,也因浴室、餐廳林立,未經下水道分治處理直接排放入溪的廢水污染,都大大的改變了水質與生態環境。為了北投溪的環境保護,重燃生機與恢復北投石舊有的生長環境,達成恢復生成北投石之條件,留給世世代代子孫一條生氣盎然的北投溪,可說路途遙遠千里迢迢,尚有待多方努力。


圖5.已油污之北投石。

圖6. 整治後之北投溪挖掘回填的河灘地,怎成了廢土破磚瓦塊之棄置場。這污濁不乾淨的流水,怎麼可能回復生機,恢復北投石舊有的生展環境?令人傷痛。