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第5章 千变万化——物质形态的转变(2)

在许多人眼里,太空美丽、纯净,没有污染。事实上,随着人类不断走向太空以及一些星体的演变,太空中也存在许多意想不到的污染。其中最严重的就是大气污染,比如臭氧层的破坏带来的污染,地球上一些有害气体的排放造成的污染,等等。这些环境污染,不仅对人类的生存构成了严重的威胁,而且给太空带来了环境污染。那么,这些气体又是通过何种方式破坏太空的宁静呢?

人类的生存离不开燃料,但是燃料的使用却污染了空气,也对我们的健康带来了严重的威胁。例如我们所使用的煤炭,如果没有充分燃烧,便会产生很多的灰尘、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等有害物质。这些有害物质会引发支气管炎、尘肺等多种疾病。而且在空气中,与其他物质发生作用的时候,还会产生硫酸盐颗粒等,从而产生酸雨、硫酸烟雾等有害物质。

硫酸烟雾是一种严重的大气污染现象,主要是由于燃煤排放出的二氧化硫、颗粒物以及由于二氧化硫氧化生成的硫酸盐颗粒物所造成的。硫酸烟雾对人体的皮肤、眼结膜、鼻黏膜、咽喉等部位均有强烈刺激和损害作用。受其影响比较严重的患者还会有生命危险的疾病发生,比如并发性胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衰竭或胃脏刺激症状等。

除了硫酸烟雾污染之外,还有二氧化硫所产生的污染。二氧化硫是一种有强烈刺激性气味的、无色有毒气体。由于其密度比空气大,易液化,容易对空气造成污染,以致对人体健康造成很大的危害。

例如,我国曾经发生过很多例二氧化硫中毒事件,正由于此它已经被列为一种主要的法规控制空气污染物。在评价空气质量好坏的时候,大气中二氧化硫的浓度是重要指标之一。一般情况下,当二氧化硫的浓度在1~5ppm(ppm就是百万分率或百万分之几)之间时,我们就能闻到刺鼻的味道;在5ppm以上的时候,如果人们长期吸入就会引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。严重的还可能引起反射性声带痉挛,喉头水肿,甚至是窒息。由此可见,二氧化硫的污染也是大气污染的重要一方面,必须引起人们的重视。

如果说二氧化硫的污染是严重的,那么一氧化碳也毫不逊色。

它是一种对血液和神经系统有很强毒性的污染物质,对人体的大脑和心脏等有相当严重的危害性。空气中的一氧化碳来源于燃烧的煤、汽车排放的尾气等,当它通过人体的呼吸系统进入人体的血液后,会与血液中的血红蛋白、肌肉中的肌红蛋白以及含二价铁的呼吸酶等结合,从而形成可逆性的结合物,以致引起严重缺氧症状,生活中我们所熟悉的煤气中毒就是一个典型的例子。

现如今,仍然有很多人对一氧化碳中毒意识性不强。然而他们却全然不知,当空气中的一氧化碳浓度达到10ppm时,会引起人或动物的行动迟缓,意识不清;当一氧化碳浓度达到30ppm时,就会引起视觉和听力障碍;当一氧化碳浓度达到约100ppm时,机体将会出现严重的中毒现象,例如头痛、眩晕、恶心、胸闷、乏力、意识模糊等,这是煤气中毒的直观表现。

如果上面所说的几种大气污染,都与太空没有直接的关系。那么来自臭氧的污染,却和太空有着直接关系。最近几年,人类活动对臭氧层的破坏已经打破太空的宁静。例如,目前自然灾害的发生比以前增加了许多,并且气温的异常变化也让人发现是太空在作怪。

事实上,这些现象的出现和臭氧有着很大关系。众所周知,臭氧是一种比氧气多一个原子的氧,因此又被称为三原子氧,也有“福氧”“超氧”“活氧”等俗称。

在离地面较高的大气层中,臭氧层中的臭氧自然形成。其形成机理是,高层大气中的氧气受阳光紫外辐射后变成游离的氧原子,其中一部分游离氧原子与氧气相结合生成臭氧,大气中90%的臭氧是以这种方式形成的。

此外,臭氧分子是一种不稳定分子,因此太阳中的紫外辐射虽然不仅能生成臭氧,而且还能分解臭氧,使之产生氧气分子和游离氧原子等。这正是大气中臭氧的浓度取决于其生成与分解速度的动态平衡的原因。对于低浓度的臭氧来说,不仅可以消毒、分解紫外线,还可以起到保护人体皮肤的作用。然而,如果臭氧超标的话,则是一个无形杀手,对人类造成很大的伤害。例如,它对人的呼吸道造成强烈刺激,以致危害到人的咽喉,严重的时候甚至会出现胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿等。另外,臭氧还会对人的神经、头部、视力、记忆力等有一定的影响。因为它是由紫外线形成的,所以如果密度比较大的话,会破坏人体皮肤中的维生素E,致使人的皮肤起皱,出现黑斑等。

臭氧层主要是如何被破坏的呢?其实,这与人类活动有着直接的关系。在一些人为因素下,一些对大气有污染的物质被排入大气中之后,一些物质随气流进入平流层,并与臭氧发生化学反应,使臭氧耗损、浓度减少。当污染大气的气体排放量达到一定限度的时候,就会造成臭氧层破坏或臭氧层损耗。

让我们共同认识一下能够给臭氧带来危害的物质!目前为止,倍受人们青睐的冰箱、空调等电器就是主要的污染源。这是因为用于冰箱和空调制冷的塑料泡沫发泡、电子器件清洗的氯氟烷烃,以及用于特殊情况场合灭火的溴氟烷烃等化学物质进入大气层的时候,臭氧层便会受到损耗,浓度也随之减小,越来越稀薄等。因此,这些物质又被称为消耗臭氧层物质。在国际上,人们为了保护臭氧层,已经将这些物质列入淘汰或受控制使用的名单中了。

太空中的大气承受能力是有限的,人们一味地往它内部输入大量的有害物质,而从不知道去保护,那么受到惩罚的最终还是人类自己。因此,有如此之多的有害物质时刻在危害太空大气,那么我们就一定要做好保护工作,提高保护意识。

减少污染源是治理大气污染最有效的措施,因为只有抑制住源头问题,才能从根本上解决问题。而二氧化硫、一氧化碳的治理工作,要做到合理使用燃料,最好能使燃料充分燃烧,并且对于使用这些燃料的房间一定要经常保持通风,避免造成一氧化碳中毒等。

对于工业上的气体污染,要做到合理布局工业,这是解决大气污染的重要措施。对于那些使用大量燃料的工厂而言,不适宜集中分布,最好是一个类别的工厂分布在一个地方,这样能够避免不同工厂之间排放的气体发生反应,从而产生新的污染型气体。另外,对于排出的废气要做到综合利用,尽量减少废气排放量。

在解决车辆废气的污染方面,应该减少汽车尾气的排放,改进汽车发动机的燃烧设计,以便提高汽油的燃烧质量,使汽油能够得到充分的燃烧,从而减少有害废气的排出,维护好生态环境。

另外还要科学利用自然能源,例如使用天然的太阳能、风能、氢燃料、地热等。这样,不仅能够节省能源,而且还能大大减少烟尘对大气的污染。绿化造林是最好的保护大气的方式,因为茂密的林丛能降低风速,使空气中携带的大粒灰尘下降。并且,由于树叶表面粗糙不平,带有的一些小绒毛,能分泌黏液和油脂,所以能吸附大量飘尘。当下雨的时候,这些尘土经雨水冲洗后就流失了,而林木的叶子又能继续吸附飘尘。这样反复地循环更替达到净化空气的效果。因此,现在的青少年应该积极参与植树造林的活动。

知识小百科

爱因斯坦圆环

在自然现象中,有一种非常有趣的环被称为爱因斯坦圆环,它是由重力透视现象而形成的。黑洞具有极强的引力场,能够使遥远星系所发出的光线弯曲,从而成为一个环状。另外,由于这个环是在重力的作用下形成的一种透视现象,因此又被称为重力透镜。光线在重力场作用下能发生弯曲的理论,最早是爱因斯坦在他的广义相对论中提出来的。因此这种由光线弯曲所形成的环,又被称为爱因斯坦圆环。

近几年来,随着天文观测技术的不断进步,已经发现了更多的爱因斯坦圆环。

物与物质(物质具体形态)之间存在着什么关系

从本质上来说,物与物质是两种概念。世界的基础就是由物质构成的,目前已知的物质形态有6种。对于每一种形态而言,都有它独特的属性。正由于此,人们才可以根据其属性制造成物体(或笼统的叫物)。我们知道宇宙是由物质构成的,存在于宇宙中的物质,是由元素组成的,而元素是由各种微小颗粒组成的。可以这样说,存在于世界上的物质是完全一样的,但是制造出来的物却是各不相同的。

第二节生活发现——地球内部物态变化

遥远的太空中,随时都有不同物质的转化,在转化的过程中产生出新的物质。这一代代的转变,不断地延续着太空中物质的源远流长。那么,地球上的物质是不是也这样呢?组成地球的不同形态的物质之间又是通过何种方式相互转换的呢?

首先我们要知道,地球是由一个物质分布不均匀的同心球层构成的,这个同心球层由三部分组成,分别是地壳、地幔和地核。

1910年,克罗地亚地球物理学家莫霍洛维奇意外地发现,在发生地震的时候,当地震波传到地下50千米处时有折射现象发生。

这一现象引起了他的兴趣,后来经过研究,他认为发生折射的地带是地壳和地壳下面不同物质之间的分界面。但是,由于当时并没有太多关于这方面的研究,因此人们并没有关注他的这一说法。

1914年,德国地震学家古登堡也发现与此相似的情况。在地下2900千米深的地方,他发现存在着一个不同物质的分界面。

但是,到底是什么与什么的分界面,当时并不清楚。随着社会的发展,后来人们发现地球是由不同形态的物质组成的,并且这些不同形态的物质之间具有不同的分界面。所出现的情况和莫霍洛维奇契、古登堡的看法一致。因此,为了纪念他们的成就,人们将这两个面分别命名为“莫霍面”和“古登堡面”。

并且还根据这两个面把地球分为地壳、地幔和地核三个圈层。我们能够看到的地球内部分层是由地震波速度分布来定义的。

现在,我们已经知道地球是由地壳、地幔、地核三个圈层组成的。

那么,这三个圈层又分别是由哪些物质组成的呢?

首先是地球最外面的一层——地壳,是人类生存和从事各种生产活动的场所。厚度一般在7-33千米(大陆33千米,海洋7千米)左右,整个地壳的平均厚度约为15千米。它可以分为上下两层,一般陆地具有上层,而海洋中的上层基本已经缺失了。上部地壳主要是由花岗岩层组成,下部地壳主要为玄武岩层,它实际上是由多组断裂的、大小不等的块体组成,外部会呈现出高低起伏的形态,这是地壳的厚度不均匀的原因所在。地壳与地球的平均半径相比,仅仅是它薄薄的一层表皮而已。

其次是地幔,介于地壳和地核之间的部分,平均厚度为2870千米左右,是地球内部体积、质量最大的一层。它也可以分为上下两层,分界面约在1000千米的地方。地幔主要由致密的造岩物质构成,一般认为地幔的上层顶部存在一个软流层。据地质学家推测,这一软流层是由于放射元素大量集中,蜕变放热将岩石熔融后形成的,很有可能是岩浆的发源地,所以将地壳和软流圈以上的地幔部分统称为岩石圈;地幔下层温度、压力和密度都比上层的要大得多,存在于这一层的物质呈现出可塑性固态。

最后是地核,它是地球的中心部分,半径在3473千米左右。根据物质形态的不同,还可以将它分为外地核、过渡层和内地核三层。

外地核的厚度约2080千米,构成它的物质主要是液态的,具有流动性;过渡层的厚度约140千米;内地核是一个半径在1250千米左右的球心,组成它的物质是固态的,主要由铁、镍等金属元素构成的,因此又被称为“铁镍核心”。地核的温度和压力都比较高,估计温度在5000℃以上,压力在1.32亿千帕左右,密度每立方厘米约为13克。

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