书城科普读物科学与海洋(海洋与科技探索之旅)
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第9章 海洋的产物——淡水

自然界中的水分为盐水和淡水两种。海洋中的水为盐水,陆地上的水为淡水。对生存在陆地上的人类而言,淡水是不可或缺的。

淡水不仅存程于河流、湖泊与池塘中,地下储存量也颇为丰富。从山中岩,石渗透出的水即为地下水。井水也为地下水。古人认为,海水从海底渗透到地下,再运动到陆地下方的地壳这一过程中,盐分被吸收,变成淡水,成为江河湖泊的源头。

江河中的水在不停地流向海洋,如果海底没有与陆地相通,那海平面应该不断地升高。而事实并非如此,所以人们认为海水在不断地渗透到海洋的地下。

但是,海水与地下水并非在地下交换的,它们是在空气中进行交换的。

海洋中的水分在不断地以水蒸气的形式蒸发到空中,而在蒸发的同时,盐与水分离。水蒸气顺风升至高空,其中一部分飘至陆地的上空,并变成云粒。云粒不断膨胀,变成雨或雪后,从空气中分离降落至地面,然后渗透至地下,变为地下水。因此,雨雪稀少的季节,岩石间涌出的清泉就会断流。另外,海平面之所以不变化,是因为蒸发掉的海水又以雨、雪或河水的形式重新返回到了海洋。

水的这一循环与实验室中制作蒸馏水的装置相似。通过蒸馏设备,使普通的水沸腾,把水蒸气与不纯物分开,再使水蒸气凝结,形成干净的水。自然界中的海水,即是那普通的水。海平面在阳光的照射下自然加热,使得水分不断地蒸发。

蒸发的水蒸气若想重新变为液体,必须冷却。而大自然很巧妙地完成了这一过程,空气在上升过程中自然冷却。

理由其实很简单。高空气压低,空气团在上升过程中会不断膨胀。而空气一旦膨胀,温度就会下降。这一性质被称为“断热冷却”。每上升100米温度下降1℃。

水蒸气温度降低到一定程度就会饱和,所以在尚未达到饱和温度前水蒸气就变为液体或固体。即使在地面30℃的炎热夏日,在3000米的高空温度只有0℃,所以水蒸气仍可转变为雪花。但在下落过程中温度升高,又融化为雨水。

夏日午后蒸发的乱积云,受时速10米/秒的上升气流的影响,把地面的水蒸气大量带至高空,形成了一个大型的蒸馏水制造装置。

地球上的人类都已经见惯了空中飘下雪花或降下雨水,不觉丝毫惊奇,但事实上这是地球上所特有的现象。正因为如此,地球的陆地上才得以有干净的饮用水,陆地上的动植物才得以生存。

如果海洋消失了……如果地球上突然没有了海洋,那地球将会变成怎样的呢鱼类等生活在海洋中的动物,失去了住所,等待它们的只有死亡。我们人类生活在陆地上,没有了海洋也不至于立即死去,但陆地上也会慢慢地发生变化。

首先,雨雪量减少。不久,山中的清水与温泉也会枯竭。井水见底,河流干枯,水库没水,自来水管中也不再有水流出。没有雨水的滋润,森林中的树木枯萎,草木不生,农作物无法生长。地球会被沙漠所覆盖。这些全因为地球上的水均来源于海洋。

变化并不仅限于水。假设人类可以勉强生存下去,冬夏两季的温度差会变得非常大。

特别是日本,四面环海,受海洋的影响很大。海洋消失了,日本就会变成大陆性气候,而大陆性气候的特点,即昼夜温差大。大概会有30℃的温差吧。

白天需要冷气,晚上需要暖气。而且冬夏两季气温相差也很大,所以北风呼啸的冬天大概会像西伯利亚一般寒冷吧,而夏天50℃的高温也就不足为奇了。

变化也会体现在风上。日本属于季风猖獗的国家。冬季为西北风,夏季为南风。

季风是因陆地与海面温度不同而形成的,海洋消失后,季风也随之消失。另外,在日本的上空,一年四季偏西风不停,而这种风的形成必须是高纬度处的气温低于低纬度处。

海洋一旦消失,高纬度处夏天的气温也很高,甚至有可能高于赤道附近。那样的话,有可能夏季见不到偏西风,而相反冬季的偏西风却变强,甚至会变成暴风雨。

如上所述,海洋消失,气象会发生重大变化。换言之,海洋对气象有着决定性的影响。

决定气温的要素为了调节温度,夏天有空调,冬天有暖气。空调吹出的冷气来自于电能。而煤油炉做成的暖气是靠燃烧煤油来生热的。

春季与秋季既不需要空调,也不需要暖气。大自然的温度恰好适宜。那么,大自然是如何保持这种既不热又不冷的气温呢无论是冷空气还是暖空气,都与光有关。直接来源于太阳的光线(可视性光线)可使空气变暖,物体反射的红外线则会使空气变冷。

众所周知,把手罩在灯泡上会感觉到热。那是因为灯泡反射的光温暖了手掌。产生的热量取决于灯泡的度数。42瓦的灯泡在1秒钟内产生的热量可以将1克水加热至10℃。

垂直照射在1平方米面积上的太阳光线,产生的热量与1370瓦灯泡产生的热量相同。这些光线源源不断地照射在地球的截面(通过地球中心的平面所截的面积=半个地球的面积),加热着地球。但地球的温度并非每年升高的。

地球表面的温度平均保持在15℃左右。这是因为,地球在受热的同时,也把等量的热量释放到宇宙中去。地球四周为真空。地球虽然看起来像被隔离在魔球中,但实际上它在不停地向宇宙空间发射着红外线。

那些红外线所带走的热量,使地球的温度不能持续升高。这种现象被称为“放射冷却”。大自然通过放射冷却降低空气的温度。

总之,地球通过太阳光线升温、通过放射冷却降温,空调与暖气同时启动,且保持平衡,所以地球的气温既不会一味上升,也不会一味降低。

放射冷却的强度与温度有关。地球温度越高,红外线脱离得越多。两者保持平衡时的温度为零下18℃(这一温度被称为“放射平衡温度”)。地面附近的平均气温为1.5℃,比放射平衡温度高33℃。

这是因为,大气中含有的水蒸气与二氧化碳可以吸收红外线,使之停留在大气中。这些气体的这种作用被称为“温室效应”。

可以产生温室效应的气体被称为温室效应气体。对地球而言,空气就像包在温室效应气体外的一席被褥,被褥外是零下18℃,被褥内为零上15℃。