夏天的池塘變得像綠色油漆一樣，摸了會有事嗎？
― 綠色被風吹到下風岸邊的那天，最危險
佈滿整個水面的那片綠色，叫做「水華」。它的真面目，是能靠自己的力量浮上水面的小生物。並不是每一種都有毒。但有些種類，體內累積的毒素即使煮沸也不容易分解。而且危險並不是出現在綠色最濃的那天，而是綠色被風吹到岸邊的那天。
夏末，你走在公園池塘旁邊。水面像是被倒了一整桶顏料，整片濃綠。風吹過去的那一側岸邊，綠色黏稠地聚集在一起。
你帶的狗，把鼻子湊近了那片岸邊。前一天為止，這裡還只是普通的茶色水而已。
這片綠色，並不是水髒了而染上的顏色。它們每一個都是活的生物，是自己浮上來的結果。
理由只有兩個
形成水華的藍藻，體內有裝著氣體的小房間。就像丟掉壓艙物的潛水艇一樣，慢慢浮上水面。因此綠色不會分散在水中，而是聚集在表層的一層薄膜裡。
浮在水面上的東西，會被風推向下風處的岸邊。原本薄薄散布在整個池塘的綠色，只在岸邊就濃縮成數十倍。因為毒素藏在生物體內，濃度越高就越危險。
接下來依序來看。首先，從綠色為什麼會集中在水面開始。
綠色為什麼老是聚在水面上？
形成水華的藍藻，多數細胞內都有一種叫做「氣囊」的充氣小房間。有了這個房間，身體就會比水輕。輕的東西會在水中往上移動，所以即使夜裡被風攪動，只要風一停，幾個小時內大多會回到水面。
這個上浮的速度，在後面的折疊區塊中會計算出來，大約是每小時1公尺多一點。如果池塘深約2公尺，一個晚上幾乎就能讓大部分浮到水面。據說早晨池塘看起來最綠，就是這個緣故。
接著風加進來了。請看圖1。浮上來的綠色會被風推動，聚集到下風處的岸邊。池塘中央看起來很淡，但岸邊卻濃得像顏料一樣。人或狗碰到水的地方，通常就是那濃綠的一側岸邊。
濃綠色為什麼危險？
形成水華的藍藻中，有幾種會製造毒素。比較有名的是會傷害肝臟的毒素。這種毒素據說一般煮沸不容易分解，並不是把水煮開就安全。
麻煩的是，大部分毒素都封存在活細胞內。水面看起來的顏色，跟毒素的量並不完全對應。即使是同一個池塘，也只有被風吹聚在岸邊的地方會特別濃。
據說最先出事的，通常是狗。狗會直接喝岸邊的水，游完泳後還會舔毛，把沾在身上的綠色舔進嘴裡。因為體型小，同樣的量對狗的影響也更強烈。國外曾有報告指出，在出現水華的湖裡游泳的狗，短時間內就死亡的案例。人的話，通常會以皮膚搔癢、眼睛疼痛、噁心或腹瀉的形式出現。
就算出現水華，也不少見是不會製造毒素的群落。但是有沒有毒，光靠外觀或氣味是分辨不出來的，現場也沒有辦法檢測。所以正確答案不是「分辨」，而是「不要靠近」。
從農田或家庭排出的養分（氮和磷）累積在池塘裡，會讓藍藻的食物變得豐富。再加上夏天的日照，以及風力弱的日子重疊在一起，就會一口氣增生。長期不下雨、池水不流動的池塘，越容易發生這種情況。
那該怎麼辦才好？
- 綠色的水，手腳都不要伸進去濃綠色會聚集在岸邊。也不要用棍子攪動。
- 不要讓狗靠近綠色的水不要讓牠喝，也不要讓牠游泳。如果弄濕了，要盡快用清水沖洗。
- 碰到之後要立刻用清水洗手不要揉眼睛或嘴巴，要先洗手。
如果碰過綠色的水之後出現噁心、腹瀉、強烈倦怠感或皮膚發紅，請告知何時、在哪裡接觸過水，並就醫。如果出現意識不清、抽搐等異常狀況，請毫不猶豫撥打119。如果狗出現同樣的症狀，請盡快送動物醫院。對於綠色濃重的池塘或湖泊，最保險的做法就是一開始就不要靠近。當然也不要跳進去。地方政府禁止進入的地方，請遵守指示。
總結
綠色的真面目，是能自己浮上水面的小生物。因為會浮，所以聚集在水面；因為被風推，所以在岸邊變濃。有沒有毒，光看外觀分辨不出來，但哪裡危險，只要看風向就知道。
危險的不是綠色濃的池塘，
而是綠色被吹聚的那片岸邊。
關於水邊另一種外觀上的危險，可以參考河裡白色泡沫聚集的地方，為什麼不能靠近？；關於養分如何流入池塘，也可以參考同樣是下雨，為什麼城市裡的道路馬上就變成河流？。
- 把出現水華的池塘，分別從上風岸和下風岸拍照比較。就算是同一個池塘，濃度應該會完全不同。
- 用旗子或樹葉的搖動確認風向，看看是否和濃綠色的一側一致。也請觀察風向改變後的隔天，濃綠色的岸邊是否會互換。
- 早上和傍晚在同一個地點拍照比較。風力弱的日子，通常早上的綠色會比較明顯。
請不要舀水，也不要用棍子攪動。觀察時請遠離岸邊，只用眼睛和照片進行。
想知道更多的人 ― 術語、公式、與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，會明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎・生物基礎」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄等級的內容
- 大學高中不會學到，屬於大學專業科目（流體力學・陸水學）的內容
- 研究即使在大學也還不算「定論」，是研究人員正在調查中的內容
國中術語：這個現象是有名字的
- 水華：湖泊或池塘中藍藻大量增生，覆蓋水面的狀態，以及這種藻類本身的稱呼。
- 藍藻（藍綠菌）：進行光合作用的細菌類群。雖然不是植物，但會釋放氧氣。
- 氣囊：藍藻細胞內裝有氣體的小房間。因為有這個房間，身體才會變輕，能夠浮起來。
- 優養化：氮和磷累積在水中，使藻類容易增生的現象。是水華形成的基礎。
國中高中用公式驗證：藍藻一小時能浮升幾公尺
這篇文章的主題是「為什麼會聚集在水面」。因此，我們來算算看實際的上浮速度。使用的是表示微小顆粒在水中緩慢移動時速度的公式。
| 用符號表示 | v ＝ 2 × g × r² × Δρ ÷ ( 9 × μ ) |
| 用文字表示 | 上浮速度 ＝ 2 × 重力加速度 × 半徑的平方 × 密度差 ÷（9 × 水的黏度） |
| 公式從何而來 | 這是從向上推的浮力，與水的黏度造成的向下阻力達到平衡時導出的（斯托克斯公式）。達到平衡後速度會維持一定，並收斂到這個值。 |
| 藍藻群集的半徑 r | 0.0001 m（0.1毫米。以群聚型種類為估計基準） |
| 與水的密度差 Δρ | 20 kg/m³（比水輕約2%的情況） |
| 水的黏度 μ | 0.001 帕斯卡秒（約25℃的水） |
| 重力加速度 g | 9.8 m/s² |
| 先算係數與重力 | 2 × 9.8 ＝ 19.6 |
| 乘上密度差 | 19.6 × 20 ＝ 392 |
| 半徑的平方 | 0.0001 × 0.0001 ＝ 0.00000001 |
| 乘上去 | 392 × 0.00000001 ＝ 0.00000392 |
| 算出分母 | 9 × 0.001 ＝ 0.009 |
| 相除，得到每秒的速度 | 0.00000392 ÷ 0.009 ≒ 0.000436 |
| 換算成每小時 | 0.000436 × 3600 ≒ 1.57 |
單位方面，速度是m/s（公尺每秒），半徑是m，密度差是kg/m³，黏度是帕斯卡秒。答案是每小時約1.6公尺。如果池塘深2公尺，換算下來，風停後幾個小時內，水面就會形成一層。如果群集的半徑大10倍，速度就會快100倍，只要幾分鐘就能浮上來。
高中高中＋速度與半徑平方成正比，代表什麼意思
高中浮力由阿基米德原理決定，與體積成正比。體積與半徑的立方成正比增加。另一方面，黏度造成的阻力只與半徑的一次方成正比。兩者相減，速度就會與半徑的平方成正比。這就是為什麼會聚集成群、形成較大群集的種類，能浮升得比較快的原因。
高中＋據說藍藻會自行調節這種浮力。當光線太強時，會把光合作用製造的糖累積在細胞裡，讓身體變重，暫時下沉。在陰暗處把這些糖用完後，身體又會變輕，再度浮起。有些日子傍晚看起來較淡、早上看起來較濃，據認為就與這種一天周期的上下運動有關。
大學為什麼能用「緩慢移動的顆粒」公式
這裡使用的是斯托克斯公式，只在黏性主導的流動，也就是雷諾數遠小於1的範圍內成立。代入這次的數值，雷諾數約為0.00004，充分滿足條件。在實際的湖泊中，還會疊加風造成的吹送流、水溫差異形成的密度分層，以及白天的垂直混合。在預測水華分布的研究中，會把這個上浮速度當作其中一項，納入平流擴散方程式來使用。
📖 公式推導及更深入的內容：斯托克斯公式（日文） ／ 雷諾數（日文）
研究目前還不清楚的事
- 為什麼會製造毒素。 究竟是為了驅趕其他生物，還是用來處理金屬的工具，尚無定論。會製造毒素的品系與不會製造的品系，為什麼能共存於同一個池塘，也還無法完全解釋。
- 毒素什麼時候會釋放到水中。 大部分毒素存在於細胞內，但細胞一旦破裂就會溶入水中。有人指出，用藥劑殺藻的對策，反而可能暫時增加毒素的量。
- 暖化會帶來什麼影響。 一般認為水溫上升對藍藻有利，但降雨型態和養分流入量的變化也牽涉其中，各地區的預測尚未確定。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「目前已知範圍內的說明」。安全上的判斷，請以地方政府的最新資訊為優先。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・生物的構造與作用／自然與人類 | 藍藻是什麼、優養化的機制 |
| 高中 | 物理基礎（浮力）・生物基礎（生態系） | 浮力與阻力的平衡、養分與增生 |
| 高中＋ | 物理進階（黏性阻力） | 速度與半徑平方成正比的內容 |
| 大學 | 流體力學・陸水學 | 斯托克斯公式、雷諾數、垂直混合 |
| 研究 | 環境毒理學・湖沼生態學 | 製造毒素的原因、暖化的影響 |
| ― | 與生活的連結 | 不靠近下風處的岸邊、不讓狗進水 |
- 日本環境省 水・大氣環境局「湖沼水質保全相關資料」（Ministry of the Environment 水・大気環境局，優養化與水華發生條件）
- 世界衛生組織 飲用水水質準則（藍藻毒素相關章節）
- 日本國立環境研究所「湖沼水華及其毒素相關研究報告」（National Institute for Environmental Studies）
- 水華（術語與發生機制概說，日文）
- Reynolds, C. S. 『The Ecology of Phytoplankton』（上浮速度與垂直分布章節）
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值僅為理解原理所用的參考、概算值。若對身體狀況感到不安，請就醫；關於水邊進入與否，請遵從消防、地方政府等單位的指示。