地球中轴倾斜偏差的程度主要受月球的影响,其次才是受太阳引力的影响。如果月球不存在了,地球中轴的倾斜度就会发生明显变化。如果地球中轴与地球轨道平面呈垂直状态,那么地球表面将不存在季节的差异;若地球中轴呈水平状态,即中轴线指向太阳,地球表面的一半将有长达6个月时间一直处于太阳光的照射下。也就是说,地球的一半将连续6个月是烈日炎炎的白昼,而地球的另一半则处于寒冷而漫长的黑夜之中。如果地球中轴不断发生变化,那么地球气候将变得无法预测,整个地球生物也将很快走向灭绝。天文学家认为:宇宙中如果发现距恒星不太近也不太远且与地球相像的行星,而且它也有一颗大小与距离都适当的卫星,那么这颗行星上的气候就会相对比较稳定,有生命存在的可能性也会比较大。显然,正是因为有月球绕地球运行,才使得地球中轴的倾斜度大致稳定在23°,从而避免了可能发生季节和气候的大变化。气候的稳定对于生命的进化是极为重要的。地球气候若发生剧烈改变,必然会有数量巨大的动植物种群灭绝。因此,摧毁月球就是毁灭地球。不过,我们倒是可以通过精确的计算,用模拟试验的方法,探讨一下地球中轴的倾斜度到底应该多大才更适合地球生物界,才能够最大限度地改善地球上的气候,减少地球上自然灾害出现的范围和次数。然后,再根据这项研究成果,采取巧妙而稳妥的办法如通过改变月球与地球的距离、月球的质量等来对地球中轴的倾角进行微调。
为什么说地球的两极
是个巨大的“空调器”?
随着科学技术的发展,人类改造自然的能力愈来愈强,许多科学家也都想在这方面有所作为,以展示自己的才华。但是,人类大规模地改造自然有利也有弊。因此,在提出计划之前,首先要认真总结人类由于盲目开发而导致环境恶化的历史教训。大气是没有国界的,凡是对邻国乃至世界气候会产生不良影响的工程,都必须进行国际性的研究、论证,弄清它的后果和利弊,然后再考虑能否实施,“空中南水北调”是“绿色工程”,它有助于自然界的生态平衡。尽管这种设想难以很快付诸实施,但却给人以有益的启示。
地球两极是个巨大的“空调器”。当地球气候变暖时,极地冰雪融化会吸收大量的热量,使地球气温不会升得很高;当地球气候变冷时,水在凝固成冰的过程中会释放出大量的潜热,使地球的温度不会降得太低。国际上应把南北极都列为永久性的自然环境保护区,以达到保护地球气候的目的。在内陆地区,大规模开发利用冰雪资源,会对气候产生什么样的影响,同样是一个值得认真研究的问题。
我们所在的陆地也会玩“漂移”吗?
1911年秋天的一个夜晚,奥地利气候学家魏格纳在阅读一个论文集时,眼睛突然一亮,被文章中的一段话深深地吸引住了:根据古生物证实,巴西与非洲之间曾有过陆地连接。他立即想起一年前在看世界地图时,觉得大西洋两岸轮廓凸凹相当吻合,脑子里曾闪过这样一个念头—它们是否曾经合在一起过?当时,他认为这个问题也许没有太大的意义,因而没有进一步去思考。这一回就不同了,直觉告诉他,弄清这个问题,对于研究气候变迁、地球构造等一系列地球物理学问题具有重大意义。
为了找到证明地球原始大陆最初是一个整体的依据,魏格纳搜集了大量的大地测量学和古生物学资料,然后进行整理、分析、对比。一个个非常有趣的问题又摆在他的面前:为什么热带的羊齿植物,过去会在伦敦、巴黎甚至寒冷的格陵兰生长?巴西、刚果在过去为什么会被冰川所覆盖呢?这两种相反的气候在同一地区出现,说明当时这些大陆上的气候带和今天的气候带,正好处于截然不同的位置。只有两个原因能够造成陆地纬度的改变:一个是地球自转中轴倾斜角度改变;另一个就是大陆发生漂移。
魏格纳认为,在2亿多年前,地球上只有一块原始大陆,四周是一片汪洋大海。后来,由于天体引潮力和地球自转离心力的作用,古大陆开始分离漂动。最后,美洲脱离了非洲和欧洲,中间形成了大西洋;非洲的一部分脱离了亚洲大陆,向西漂动,当中形成了印度洋;还有两块较小的大陆向南漂去,成为后来的澳大利亚和南极洲。
1915年,他利用养病的机会,写成了《海陆的起源》一书。魏格纳的大陆漂移学说一问世,便立刻遭到科学家们的激烈反对。物理学家说,坚硬的陆地怎么能够往前移动?简直不可思议;而地质学家则表示,把各个大陆按照其形状简单地拼凑,成为一个单一的大陆,这是“积木游戏”,不是科学。魏格纳由于在科学界缺乏强有力的支持者,加上对大陆漂移原因解释不够准确,结果被人们批得一无是处。这个学说也被嘲笑为“一个大诗人的梦”。但魏格纳并未因此而退缩,为了证实自己的论点是正确的,他不辞劳苦,不畏艰险,到世界上的许多地方去收集资料,曾3次深入北极进行科学考察,并最终死在那里。大陆漂移学说也因魏格纳的离去而被人们所淡忘。
大陆漂移学说在科学界被冷落和嘲笑了达半个世纪以后,终于获得了新生。1965年,英国地球物理学家布拉德通过计算机做成了一张大陆拼合图。它表明:北美洲、欧洲、亚洲、非洲和南美洲能够拼合到一起,如果利用离海岸2千米处的等深线,其结果还会更好一些。在此基础上,地质学家又提出了板块构造理论,认为地球表层是由十多块大陆和大洋板块所组成,大陆随板块的漂移而移动。
1979年,美国发射了测量精度极高的地球物理卫星,并对接收到的庞大而复杂的数据进行了计算。1984年5月,美国科学家根据地球物理卫星测量到的地球大陆随板块缓慢漂移的速度和方向后宣布:夏威夷和南北美洲约以5.1厘米/年的速度靠近;澳大利亚与北美洲约以1厘米/年的速度分离;大西洋约以1.5厘米/年的速度扩张。
魏格纳的学说为解释地质时期冰期的起因提供了理论基础,使古气候学家解开了许多令人困惑的谜团。在非洲、大洋洲、南美洲和印度的冰川遗迹,表明这些地区在距今大约2.3亿年前经历过冰期的寒冷气候;在南极大陆蕴藏着丰富的煤层,表明几亿年前这里曾有过一片茂盛的热带雨林;而伦敦、巴黎甚至格陵兰都曾有过典型的热带气候等。这些实例证实了大陆的漂移是引起气候变迁的重要原因之一。
为什么城市的降水量和
暴雨出现的次数比郊区多呢?
1818年,一位气象学家发现城市的气温比周围乡村高。在气温分布图上,城市是个封闭的高温区,犹如海洋中孤立的岛屿,因而被称为“热岛效应”。随着近代工业的发展,一些大城市所释放的热量,已经接近或超过地表面所接受的太阳热能,成为支配城市气候的第二热源。同时,成千上万吨的尘埃和有害气体不断飞向蓝天,使大气成分发生巨大变化。其中有许多起冰核作用的大气凝结核,使得城市的雾、云量和降水量明显增多。更令人惊讶的是,一些城市所释放的热量,在正午时分,竟能冲上2千米高空,使飞翔在城市上空的飞机因上升气流的波动而颠簸摇晃,就像在喷射着岩浆的火山口上飞行一样。因此,人们又把这种现象称为“火山效应”。
“火山效应”造成独特的城市气候,使城市地区的气候反复无常,难以准确预测。特别是在夏季,大气层很不稳定,这种影响也就更为突出。常常会有这样的情况:万里晴空,突然飘来一层乌云,接着就是一场狂风暴雨,有时还会出现冰雹和龙卷风。这些灾害性天气来去无常,恣意横行,往往造成人民生命财产的损失。近20年来,高层、超高层建筑急剧增多,城区夜晚空气流动变得更加缓慢;随着空调的普及,空调压缩机所带来的“热污染”,又把城市的夏夜变得如蒸笼般闷热,从而加剧了城市的“热岛效应”,使城区与郊区夜间的温差进一步加大。袭人的热浪也使有关“热污染”的投诉随之增多。由于城市过度开发,城区灾害性天气出现的频数也相应增加了1~2倍。
在雨量分布图上,城市是一个封闭的多雨区,犹如海洋上的孤岛,因而被称之为“雨岛效应”。与郊区相比,城市的雨量一般要比郊区多5%~10%,暴雨出现的次数一般要比郊区多20%~30%,而城区的洪灾远比郊区要多得多。
为什么城市的降水量和暴雨出现的次数比郊区多呢?
众所周知,充沛的水汽、强烈的上升运动和丰富的凝结核,是产生降水的基本条件。由于市区热空气质量比郊区较冷空气的轻,因此会产生浮力向高空上升,而郊区较冷的空气会下沉,并在低层流向市区,补充市区已经上升的空气,从而形成对流。然而城市的高层建筑群阻挡了空气的流动,源源不断流来的空气除了从高楼与高楼之间的空隙流入城市中心外,大部分被阻挡在城市外。这些受阻的空气只能沿着建筑物向上爬升,结果也产生了空气的上升运动。
在热力和动力的共同作用下,城区空气不断上升。在上升过程中,空气温度不断降低,空气中的水汽遇冷凝结成大雨滴,降落到地面。