书城文化细说万事之谜
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第31章 洞察地球的奥秘(4)

1892年,意大利曾下过一场黑雪。原因是亿万个像针那样的黑色小昆虫,在天空中飞翔,结果正巧遇到下雪,便粘在雪里随雪降下了。

1962年,前苏联下过黄而略带红色的雪。雪后地面好似铺了一层黄红色的地毯,非常美丽。这是风把沙漠里的沙尘带到高空,然后扩散到遥远的地方,同雪花夹在一起落下来而形成的。

此外,挪威下过一场黄雪。那是由于一种松木的锯末被风卷到空中,然后同水蒸气凝结而成的;苏格兰也下过黑雪,那是由于一些燃烧不充分的煤烟粒,大量粘在雪花上,把白雪染成了黑色。

总之,雪的“本质”还是白色的,一些彩色雪,只是白雪中夹带了其他有色的物质而已。

■ 不可思议的球形闪电

球形闪电素有“自然界怪球”之称。

前苏联一架伊尔-18型客机在1200米高空飞行时,突然一个直径为10厘米的火球钻入飞机驾驶舱,几秒钟后,它却难以置信地通过了密封的金属舱壁,在乘客座舱内重新出现。

火球在惊慌的乘客头上缓缓飘浮而去,到达后舱时火球一分为二,裂成两个发亮的半圆形,随后又合二为一,拼成完整的球体,并带着不大的响声离开了飞机。

飞行员发现机上的雷达和部分仪表由于“球形闪电”的干扰已出现故障,被迫驾机紧急着陆。做地面检查时,发现仅在“球形闪电”钻入和钻出处的飞机头部外壳板和尾部门各留有一个空洞,而飞机内壁却不见丝毫损坏,同时也未伤及舱内乘客。

我国也有“球形闪电”的报道。湖南省隆回县,当地一对农民夫妇及其女儿在睡梦中竟被一个穿堂走室、闯入睡房的火球所击毙,一家三口统统化为灰烬。

据男主人的父母说,事发当晚,电闪雷鸣,一个拳头大小的绿色光球,猛然击碎窗户玻璃窜入他们的卧室,在床上飞舞滚动,光球最后飞到了他儿子的房间,其儿子、儿媳和孙女全部焚为灰烬,床上的衣物也全被烧毁,而床柜、床脚却完好无损,床边的物品也无损坏痕迹。越发奇怪的是,放在床边的大立柜,外面无任何损坏痕迹,柜内的所有衣物杂品全部烧成了灰末。

为什么会出现“球形闪电”?它来自哪里?有人认为这是等离子体火球的不同表现,但是否真是如此,还不得而知。

■ 龙卷风是如何形成的

龙卷风是一个猛烈旋转着的大漏斗状空气柱,它的上端与雷雨云相接,下端与地面或海面相接,看上去犹如一根擎天大柱。当它伸到陆地地面时,常常吸起大量尘沙、碎石,形成尘柱;当它在水面上通过时,能吸起高大的水柱。

龙卷风是怎样形成的呢?产生龙卷风的摇篮是雷雨云。在雷雨云里,空气扰动十分厉害,上下温差悬殊。在地面,温度是20℃左右,越往高空,温度越低。

在雷雨云顶部的8000多米的高空,温度竟低到-30℃以下。这样,冷空气急速下降,热空气猛烈上升,上下层空气交替扰动,形成许多小旋涡。这些小旋涡逐渐扩大,上下对流越来越强,终于形成了大旋涡——龙卷风。

据统计,在每一个大陆国家都出现过龙卷风。每年,全世界可发生1000次以上的龙卷风。其中出现龙卷风较多的国家是美国、英国、新西兰、澳大利亚、意大利、日本等。

我国各省几乎都出现过龙卷风,西沙群岛一年四季均可见到龙卷风。沿海的龙卷风,有时与台风有关,它们常出现在台风之前。龙卷风在白天、夜间都能生成,但大部分在午后出现。有时同时有几个龙卷风一起出现。1969年6月30日,有人在45分钟内观察到有6个龙卷风并存的奇异现象。

■ 撒哈拉大沙漠的气候奇观

非洲大陆几乎1/3为撒哈拉大沙漠所占据。这个地区有一些特有的气候奇观。

幻雨:沙漠上空有时有冷空气流动,乌云聚集,喜降阵雨。但是由于低空极度酷热、干燥,雨点不到落地就蒸发掉了,人们称它为“幻雨”。

沙暴:风起时,沙丘的顶峰开始活动,热空气把沙粒卷入高空,形成巨大的黄色沙柱,顶天立地,旋转不已。太阳由暗红到颜色消失。霎时,狂风大作,黄沙漫天。黄沙打在脸上,如针扎一般,甚至刺破皮肤渗出血来,

干雾:当沙漠上空风很小,空气中又布满尘埃的时候,就会出现干雾。这时能见度极低,甚至连号称“沙漠之舟”的骆驼都会迷失方向。所以,撒哈拉人按习惯在道路两旁每隔一定的距离垒起一堆石块,作为路标,以防迷路。

奇怪的“枪声”:沙漠在夏季的中午气温常在50℃以上,沙面温度高达70℃~80℃;然而到了晚上,狂风呼啸,温度可降到0℃。岩石由此热胀冷缩,很容易发生崩裂。住在沙漠的人晚上听到的岩石崩裂声,好似雷鸣,又像战鼓,也像枪声,不了解的人听了确实感到恐怖。

■ 揭秘“海市蜃楼”

海市蜃楼又叫“蜃景”,是由于气温在垂直方向上的剧烈变化,使空气密度的垂直分布随之显著变化,引起光线的折射和全反射,从而导致远处的景物在人眼前出现所造成的幻觉。

海市蜃楼主要发生在海边和沙漠地区。在中高纬度的海面上,由于寒流等因素的影响,低层空气出现上暖下冷的逆温现象,使空气密度的下密上疏差别格外显著。这时,光线从上面密度较小的大气层射入下面密度较大的大气层,且角度恰好能产生折射和全反射,由此而引起的蜃景,通常是幻景位于实物上面,所以叫上现蜃景。

内陆沙漠地区则由于白天地面增温快,空气下热上冷变化剧烈,空气密度出现下疏上密的反常现象,当光线射入密度不同的上下两层的大气界面时,就会形成折射和全反射。由此而形成的蜃景,幻景往往为倒影,且位于实物下面,因此叫下现蜃景。

可是,由于空气的层结不稳定,以及近地气层的湍流作用,这种倒像出现的时间不长,且常常闪烁,从远处观看,好像沙漠绿洲中的水下倒影。

此外,还有侧现蜃景及其他更复杂的蜃景。不过,各种蜃景只有在无风或风力微弱的天气条件下才会出现。

■ 全球气候变暖是什么原因

全球气候变暖已是不争的事实,那么,是什么导致了全球气候的变暖呢?科学家认为,这是由于大气中的二氧化碳等气体含量的增加引起的“温室效应”所造成的。

大气中本身的二氧化碳含量并不高,一般约占大气的0.03%,它是有机化合物氧化作用的产物。燃料的燃烧、有机物的腐烂以及动植物的呼吸都会产生二氧化碳。二氧化碳主要集中在大气底部20千米的薄层内。大气中的二氧化碳对太阳辐射吸收很少,但却能强烈地吸收地面辐射。

大家可能见过温室吧,温室通常由大面积玻璃窗构成,来自太阳的短波辐射很容易通过玻璃将室内晒热;被加热后的室内则发出长波辐射,而长波福射不易穿过玻璃散射出去,这样,太阳能的一部分以热能的形式被保持在室内,因而形成“温室效应”。

大气中二氧化碳的作用,就类似温室玻璃窗的作用。日光通过大气层射向地球,地球向空间辐射出长波辐射。而二氧化碳可将大量的长波辐射吸收,从而减少了地表热量向空间辐射损失,使得大气层保持一定的热能,增加地表气温。二氧化碳引起的“温室效应”对人类生产、生活并不一定都是有害的,关键在于二氧化碳在大气中的含量。

在过去的10万年内,大气中的二氧化碳,经植物的自然消耗,大致保持着平衡状态,也就是说,它恰好适合人类和动植物生存,不会使气候发生较大的变化。可是,近20年来,大气中二氧化碳的含量不断增高,“温室效应”不断增强,从而导致了全球性的气候变暖。

■ 为何不能达到绝对零度

在物理学科中,为了研究方便引进了开氏温度,把“-273.16℃”称作绝对零度,作为开氏温度的起点。现在人们虽然可以轻易获得几百万度的高温,但却不能把最低温度降到绝对零度。为此,在热化学里有这样一条定律:“绝对零度是不能达到的。”

科学家们在为争取达到绝对零度的研究中,发现了一些奇妙的现象。如氦本是气体,在-268.9℃时变成了液体,当温度继续下降时,原本装在瓶子里的液体,却轻而易举地从只有0.01毫米的缝隙中溢到瓶外去,继而出现了喷泉现象,液体的黏滞性也消失了。

那么,人们为什么不能得到“-273.16℃”的温度呢?

因为低温的获得与气体的液化分不开,气体的液化就是使分子热运动减缓。气体液化的方法是先将另一种气体液化(如我们使用的液化石油气),让它在低温下蒸发而使其温度降低,再用这种低温物质使需要液化的低温气体冷却。

这样,一种接一种地连续下去,就可不断地得到更低的温度。这样看来,低温似乎是可以无限地降低。但是有一点必须指出,温度的产生是分子运动的结果,分子运动小,温度就低,如到达“-273.16℃”,分子就不运动了。

而物质都是在不停地运动着的,所以说,“-273.16℃”是不可能达到的。那么为什么物质在永恒运动着呢?目前科学家们还没有找到足够理论依据来回答这个问题。

■ 存在四维空间吗

科学家认为,在我们所生活的三维空间之中,还存在着四维空间。根据爱因斯坦的广义相对论,世界上是存在四维空间的,那就是在我们现实生活的“长”、“宽”、“高”所组成的三维空间里,再加上一个“时间”。

“当我们以接近光速的速度移动时,我们的时间标尺就会缩短,时钟将会变慢;当我们以光速移动时,时间将不再流动;而当我们以超光速移动时,时间将会倒流。”

在这里,光速是起决定性作用的。时光倒流理论、质能转换的公式等,都少不了光速。如果我们可以制造出速度超越光速的飞行器,那么我们就可以自由自在地穿越四维空间,回到过去或者飞向未来都可以实现了!

像爱因斯坦这样伟大的科学家所说的话,你相信还是不信呢?

■ 水能衰老吗

对于一个生命体而言,在其出生的那刻起,就严格遵循着一条不变的自然规则——从生长、发育、成熟直至衰老、死亡。水是一种无机化合物,它难道也有生命,也会衰老吗?

水分子具有一定的活性,因此分子与分子之间可以形成一种链状结构。当水不经常受到撞击,也就是说不经常处于运动状态时,这种链状结构就会不断扩大、延伸,从而使水不断“衰老”,最终变成“死水”,即老化水。

科学研究表明,刚被提取的、处于经常运动、撞击状态的深井水,每升仅含亚硝酸盐0.017毫克,但在室温下储存3天,就会增加到0.914毫克。原来不含亚硝酸盐的水,在室温下存放1天后,每升水也会产生0.0004毫克亚硝酸盐,3天后可上升到0.11毫克,20天后则高达0.73毫克,而亚硝酸盐可进一步转变为致癌物亚硝胺。

未成年人如常饮用老化水,细胞的新陈代谢会明显减慢,并影响生长发育,而中老年人饮用后,会引起消化、神经、泌尿和造血系统疾病而使人早衰。这是因为水中的亚硝酸盐过量、超标,可程度不同地引起人身倦怠、乏力、昏迷、全身青紫,日久还能引起恶性病。因此,我们要养成良好的饮水习惯。

■ 水珠水上游走之谜

人们经常会看到一些水珠在水上漂动的情景。为什么这些水珠没有溶于水中,而且还能在水上到处“游走”?法国科学家最近发现了其中的奥秘。

法国科学家说,水珠之所以能在水上“走”,首先是因为在水珠和水面之间有一个空气层,里面的空气是水珠与水面接触时没能及时“跑掉”而留下来的,于是水珠便在这层空气上,而没有完全接触到水面。

当水珠就要接触到水面时,在特定条件下,水珠会产生一种振动波,表现形式是在附近水面产生同心的微小波浪。在水面的振动作用下,水珠会在小波浪间滑来滑去,这样的运动最终使小水珠逐渐在水上“游走”。

■ 石油是怎么形成的

现代的工业生产和交通运输,都离不开石油。石油是从地下开采的,地下为什么会有石油呢?

对于这个问题,科学界曾经有过一些争论。一些科学家认为,石油是在地壳深处的高温高压条件下,碳和氢化合生成的。但大多数科学家认为,石油是有机物质变化而成的。

石油的生成大致是这样一个过程:陆地上的动物、植物和水中生物死亡以后,就混合成有机物质,它们随着水流中的泥沙被带到海盆地或湖盆地里。原来在海、湖盆地里的水中生物、微生物与从陆地带来的有机物质、泥沙混合在一起,形成有机污泥沉积下来,有机污泥经过缺氧、高温、高压等复杂变化,就逐渐变成了石油。

地球上石油的储量估计有好几千亿吨,这是个很大的数字,难道会有这么多的有机物来作为石油的物质基础吗?回答是可以的。

因为各种生物在地球上已有许多亿年的历史,它们已经繁衍过几百万代、几千万代,低等生物的繁殖速度更是惊人,完全能满足形成几千亿吨石油的需要。

■ 神奇的纳米材料

你能想象1米的十亿分之一是多长吗?你又能想象这么长的微小颗粒是如何制造出来的吗?现代科学技术的发展,使科学家们能加工制作出十亿分之一米的微粒材料了。这样一个长度单位就是我们所说的纳米,用这么微小的颗粒做成的材料,就被称为纳米材料。

纳米技术出现于20世纪80年代中期,这是一项极富挑战意义的高科技成果。目前一般选用较为特殊的物理或化学的加工方法。例如,科学家将金属置于一个充满惰性气体氦的密室内,再将金属加热变成蒸汽,金属原子在氦气中冷凝成金属烟雾,并使金属烟雾黏附在一个冷却棒上,这些像黑炭一样的粉末就是纳米材料。

用纳米大小的超细粉末制成的金属材料,其硬度要比普通粗晶粒金属的硬度高2~4倍;在低温下,纳米金属竟然由导电体变成了绝缘体;纳米材料的熔点会随超细粉末的直径的减小而大大降低,这些特点对人类大有益处。有趣的是,无论是金属还是陶瓷,一旦变成纳米大小的粉末,从颜色上看都是黑色的。

如高密度磁性记录带就是用纳米大的粉末制成的;有些新药物被制成纳米颗粒,就可以注射到血管中,并进入直径最小的微血管,自由地在血液中活动;纳米大的催化剂分散在汽油中,可提高内燃机的效率;把纳米大的铅粉末加入到固体燃料中,可使火箭的速度增加等。

科学家们在以往的研究中早就发现,物质颗粒大小的变化,会改变物质原有的一些性质。当材料的微粒小到纳米尺寸时,它的性能就会发生显著的变化。

纳米材料由于微粒数骤增,整个表面积变得极大,使纳米材料具有了奇特的光、电、磁、热、力和化学等方面的性质,有着无比广阔的用途。

纳米材料的出现,已引起世界各国科学家的高度关注,科学家在生产技术和应用领域方面还在积极探索,力图攻克各种难关。我们相信,在不久的将来,纳米材料将会大放异彩。