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第26章 重大发明、发现(15)

降服天灾不是梦

在古代,人们对天灾的恐惧很普遍。由于当时科学技术水平低下,人们无力抵御自然灾害,再加上统治阶级的愚民政策,因此,人们往往只能乞助于神灵,幻想变凶为吉,化险为夷。但随着生产和科学的发展,人类在自然灾害面前逐渐摆脱被动的局面。人们不仅逐步获得了预告天气变幻的手段,而且进行了许多人工控制浓雾、冰雹、雷电等气象灾害的成功尝试。

浓雾,白茫茫的一片,给人们带来许多不便:飞机怕雾,有雾飞机无法起飞和降落,在飞行中,无法看清目标,会发生撞山等可怕的事故。轮船怕雾,海上浓雾会使船只触礁失事。汽车怕雾,高速公路上汽车追尾事件的罪魁灾首常常就是雾。浓雾有时还危害人类生命健康。1952年,伦敦烟雾重重,久久不散,浓雾和煤烟混在一起,使人呼吸困难,造成了4000多人死亡。为了消除雾灾,减轻由此造成的损失,一些气象专家在研究了雾的出现规律后,已经能准确地预报雾的出现,并经过多次试验,发现、发明了有效的防雾、消雾措施。

大家知道,雾是悬浮在贴地层空气中大量微细水滴和冰晶的集合体。按其微结构和温度可分为三种:暖雾、过冷雾和冰雾。其中,暖雾是由温度高于摄氏零度的细水滴组成;过冷雾是由温度低于摄氏零度的过冷水滴组成;冰雾是由冰晶组成。

由于雾的性质不同,人工消雾的原理和方法也有区别。消过冷雾与人工降雨的理论一样,是依靠“贝吉隆过程”。1933年瑞典气象学家贝吉隆提出“冰云和水云混合产生降水”的著名理论,即在云雾中必须要有“冰核”,水汽才能以它为核心结成冰晶而降落下来。在过冷雾中引入冰晶的方法有两种:一种是播撒晶体结构和冰的结构很相似的、直径约1微米的粒子,通常使用的这种成核物质有碘化银、碘化铅等;另一种就是向雾中播撒干冰,使空气局部制冷到-40℃以下。在这个临界温度时,冰的成核作用便可自然发生。

人工消暖雾的关键是促使雾滴快速蒸发,目前主要有三种方法。第一种是加热法:通过燃烧或喷射高温气体使雾滴蒸发。巴黎奥利机场每隔数十米装1个燃油炉,许多个连成一片。有雾时由总机控制自动加油点火,把雾“烧掉”。戴高乐机场的跑道旁安装着好几个喷气发动机,一旦有雾立即开动,喷出高温气体,但加热法成本太高,作用面不大。第二种是扰动法:用直升飞机在雾层顶部缓缓飞行,利用其产生的垂直气流,将雾顶上面的干空气沉下与雾混合,使雾滴蒸发。第三种是吸湿法:向雾中播撒氯化钙、氯化钠和尿素等吸湿性物质,促使雾滴蒸发。

冰雹也是一种灾害性天气,它会击毁庄稼,损坏房屋,伤害人畜。冰雹其实就是冰块,有的像圆球,有的像圆锥或其他不规则形状。冰雹里面都有一个核,这个核是一颗不透明的雪珠,叫做冰雹胚胎,它是由水滴变成的。冰雹云里的上升气流比较强,云中的水滴被上升气流送到0℃线以上气层,就冻结成冰雹胚胎。冰雹胚胎里面混有空气,比较疏松,表面湿润,看起来不透明。当它下降到0℃线以下的空气层时,表面一部分就溶化成水,别的水滴碰上便会粘附在它上面。这时候若遇到增强的上升气流,它又被带到0℃线以上,冰雹胚胎表面的水就又冻结起来,形成一层比较透明的冰壳。以后,冰晶、雪花粘附在它上面,又使它包上一层不透明的冰层。由于冰雹云中的升降气流特别强烈,冰雹胚胎时而降到0℃线以下,时而又上升到0℃线以上。于是,它的“外衣”也就越来越多,而且一层透明,一层不透明,互相交替,直到上升气流再也托不住的时候,它便降落到地面。

人工消雹是从人工降雨的实践中总结出来的。在冷云中撒播碘化银,可以造成人工降雨,但是若撒播过量的碘化银,反而形不成雨,原因就在于撒播过量的碘化银以后,会使云中形成过多的小冰晶,而云中的小水滴供不应求。冰晶吞并不到小水滴,也就无法增长,形不成雨滴。人们从这里受到启发,找到了消雹的方法:在冰雹云中撒播大量的碘化银,使冰雹云中出现大量的小冰晶,小冰晶竞相争夺水分,使原来的冰雹胚胎“吃”不到足够的水分,也就无法成长为冰雹。

冰雹云体积很宠大,若向整个雹云撒播碘化银,耗费的人力、物力都很大。人们经过研究,发现冰雹云中真正能形成冰雹的是对流旺盛、含水量丰富的部分。这个部分在雹云的中上部,只占整个云体的几百分之一。人工消雹时只需要在这个部分撒播几公斤碘化银就行了。在撒播碘化银的同时,还可在云体下部大量撒播吸湿性很强的盐粉等物质,促使云中及早形成倾盆大雨。这样就会使大量水分在云体下部消耗掉,冰雹胚胎得不到水分供应,冰雹也就形不成了。

夏天,电闪雷鸣往往是下雨的前兆,可有时也会给人类带来灾难。闪电打雷能引起森林火灾,造成飞机失事,打断输电线路,危及人畜安全,影响导弹、卫星的发射。为此,科研人员已研究出了几种人工抑制闪电的方法。

第一种方法是向雷雨云中适当的部位撒播碘化银,碘化银进入云体后便产生大量冰晶,冰晶增多以后,云体内部导电性能发生变化,电场强度被减小,于是闪电就不易发生。第二种方法是用火炮猛轰雷雨云,通过猛烈的爆炸,改变云中上升气流的状况和水分供应状况。雷雨云的发展同上升气流密切相关,当上升气流减弱时,雷雨云就发展不起来,闪电也就不能发生了。第三种方法是向雷雨云不断地发射高速飞行的物体。因为飞机、火箭在穿过还没有放电的积雨云的时候,很容易遭到雷击。这就启示人们,如果连续地向雷雨云发射高速飞行的物体,每发射一次,雷雨云内闪电一次,结果闪电在云内不断进行,云与地面之间的闪电次数便大大减少,地面遭受雷击的可能性也就大大减少了。

智慧人生

人工影响天气之所以能够实现,是因为大气层中存在着不稳定的因素。只要人们掌握了其变化规律,就可以用较少的能量恰到好处地去“引发”它,使之向着人们预期的方向发展。古人说:谋事在人,成事在天。其实在很多时候,若有心、若行动,谋事与成事都在人。

冰的贡献

自然界中的水,具有气态、固态和液态三种状态。液态的我们称之为水,气态的水叫水气,固态的水称为冰。冰是冬天特有的景色,是大自然涂下的素洁淡雅的一笔。对于冰,人类一直给予极大的关注,而冰也在一直默默无闻地为人类做着贡献。

古代的埃及、希腊和罗马人早就利用冰了,美洲新大陆也有冬季藏冰到夏季应用的记载。在我国古代,用冰的历史也许更早,我国沿海渔民早就利用天然冰作为冷藏鲜鱼等物品的材料。生活在北极圈一带的爱斯基摩人最懂得用冰之道。他们居住的雪屋就是用冰块垒成的,他们先将一些苔藓植物埋入雪中,冻成冰块。这种奇特的建筑材料,强度很大,保温性能也很好,而且在气温回升时,较难融化。另外,爱斯基摩人还利用狗拉雪橇作为交通和运输工具,在冰上自由驰骋。人类用冰最有趣的事发生在100多年前。因为丢失火种,一支南极探险队人员面临寒冷和饥饿的死亡威胁。一位聪明的队员利用冰块琢磨成一块凸透镜,让阳光聚焦而燃着引火物,使探险人员绝处逢生。

气温降到零下30℃时,冰会变得异常坚硬,令人难以想象的是,在血与火的战争中,冰又向人们展示了它的性格的另一面。据资料记载,芬兰和俄国在多次战争中,冰块被双方当做阻挡炮火的材料,起着沙袋和钢板的作用。现代化战争中战争指挥者用冰的故事也不乏其例。第二次世界大战期间,当德军进攻列宁格勒时,切断了所有通往城市的公路和铁路,使城市几乎被周围的海水和河水所包围,成了一个孤岛,德军妄图以此困死苏军。可是不久河面冰结了,苏军毫不费力地在冰层上筑起了高速道路。并由此向城市的守卫者源源不绝地运去了食物、药品和弹药。德军闻讯气急败坏,决心要炸断这条冰上运输线,但炸弹落在冰上,仅留下斑斑白点和浅浅凹痕。坚固的冰层保护了运输,帮助苏军取得了胜利。

冰为什么会创造这种奇迹呢?原来,冰很结实,它的拉力强度每平方厘米约为12~15公斤,压力强度每平方厘米约为35~45公斤。河流结冰5厘米即可安全行人,结冰20厘米就是天然的运动场。如果结冰厚达50厘米,汽车就能畅通无险。50厘米厚的冰,几乎和钢铁、混凝土一样坚固,可抵挡重型炸弹的轰击。鉴于冰的这种特殊功用,“二战”期间,英美两国科学家曾用冰建造了世界上第一艘冰船,并打算运用到战争中去。当时,德国的舰艇和飞机击沉了盟军的许多供应给养船只,英国的给养面临着严重的危机,急需建造一种既不会被鱼雷击中,也不会被飞机炸毁的运输舰船。科学家们发现,在水中掺入木屑所结成的冰犹如水泥加上钢筋,具有惊人的强度,并且不易融化。据测定,一英寸厚的冰经得住普通手枪和左轮枪的射击。人们把这种冰制的舰体保持在0℃以下,冰舰能以85公里的时速前进,炮火损伤后能被灌水器的水填平,瞬间又冻结成冰。1943年的夏天,此舰在水中游弋两个多月,水温达到155℃时也没有融化。试航成功后,盟军命令一家冰冻厂建造一艘大型冰舰,它的长度是2000英尺,舰壁厚达2米,重170万吨,可以运载200架小型飞机和100架大型飞机。这样的一条战舰,俨然一座冰岛,50英尺高的浪头也不会对它构成威胁,德军的海、空袭击对它也是枉然。可是,当冰舰正在绝密中加速建造时,战争便结束了。要不然,还真会有场好戏看呢!

科学家们的研究发现,水在冻结成冰后,会在冰和水的界间产生一个电位差。目前,科学家正在利用冰的这个特点,让冰“发电”。据测定,当普通水凝结成冰时,电位差可达到50伏特;而含氮的水结成冰时,电位差可提高到150伏特;放入食盐的水结成冰,电位差则高达230伏特。因此,开发这一“潜在能源”的前景,十分令人鼓舞。

知识链接

科学家发现,水在结冰的时候可以形成完全没有盐的冰结晶,“冷冻法”海水淡化技术就是用的这种方法。它是将海水冷却至凝固点并产生冰结晶,而与其他物质分离,再将冰结晶融化即可得到淡水。缺水的科威特等国家从遥远的南极拖运冰山来缓解用水之难,运用的就是这个技术。

“地球之肺”——森林

覆盖在大地上的郁郁葱葱的森林,是自然界拥有的一笔巨大而又最珍贵的绿色财富。据计算,100平方米阔叶林在生长季节每天可以消耗1吨二氧化碳,放出730千克氧,从而可以防止二氧化碳在大气中积累,产生温室效应,而放出的氧气又使空气的含氧量相对稳定,有利人类和动物的生存。因此,森林被誉为“地球之肺”。

森林能涵养水源,在水的自然循环中发挥重要作用。“青山常在,碧水长流”,树总是同水联系在一起。降下的雨水,一部分被树冠截留,大部分落到树下的枯枝败叶和疏松多孔的林地土壤里被蓄留起来,有的被林中植物根系吸收,有的通过蒸发返回大气。1公顷森林一年能蒸发8000吨水,使林区空气湿润,降水增加,冬暖夏凉,这样它又起到了调节气候的作用。

科学家们进一步研究,发现540平方米的有林区比无林区的土地大约多蓄水20吨,这样2700万平方米森林的土地中蓄存的水就相当于一个总容量100万吨的小型水库。此外,一条林带能使比树高20~25倍距离的空中风速降低一半,可把灾害性的大风变成无害的小风。风速降低,削弱了风的携沙能力,再加上树木的阻沙和固沙作用,流沙就会变为固定沙。据非洲肯尼亚的记录,当年降雨量为500毫米时,农垦地的泥沙流失量是林区的1000倍,放牧地的泥沙流失量是林区的3000倍。我们不是要制止沙漠化和水土流失吗?最有效的帮手就是森林。

林木的枯枝落叶可以肥田是人所皆知的事实,科学家们对此进行精确测定,500千克紫穗槐的鲜嫩枝叶相当于30千克硫铵、8千克磷酸钙、75千克硫酸钾的肥力,而一株七八年生的泡桐树,每年可产花叶100~200千克。在农田四周种植林木,不但能提高土壤肥力,更重要的是能使有机质进入土壤,消除土壤板结和有机质严重偏低的状况,有利于农作物生长。

森林还是改善环境、抗击污染的“主将”。樟树、夹竹桃、丁香、枫树、刺槐、臭椿、桧柏、女贞、橡树、红柳、木槿、榆树、马尾松、法国梧桐等,都有很强的吸收二氧化硫、氯气、氟化氢等有毒有害气体的能力。这些气体通过绿化林带,通常有1/4可以得到净化。

许多树木能分泌杀菌素,如松树分泌的杀菌素就能杀死白喉、痢疾、结核病的病原微生物。闹市区空气里的细菌含量,要比绿化地区多85%。林木还能吸收噪声。一条40米宽的林带,可以降低噪声10~15分贝。

森林是如此重要,可是,很多人却似乎意识不到这一点,他们不仅不知道如何爱惜森林,相反地还在无情地摧残它们。几个世纪以来,砍伐森林带来的大自然惩罚在世界各地都有发生。二三百年前,我国的陕北榆林地区曾是个林草茂密、土肥水足的好地方,后来由于清朝政府滥毁森林,致使风沙侵蚀,现在的榆林城外变成了一片沙漠。18世纪,大批移民来到美洲大陆,砍伐森林,把大片草原开垦成耕地,致使大自然布局发生了改变。1934年5月,美洲爆发了三天三夜的“黑风暴”,挟带起大量的泥沙,使田地干裂,水井、溪流、房屋被沙土埋没,千万人无家可归。这些令人类痛心疾首的事实告诉我们,保护森林对于保持人类良好的生态环境有着多么重要的作用。

可叹的是,历史教训并未使人类引以为戒,自毁家园的悲剧仍在不少地方重演着,南美亚马逊原始森林的厄运就是又一个典型的例证。丰饶的亚马逊热带雨林,蕴藏着世界45%木材总量。自20世纪60年代起,大片大片的森林在重型拖拉机和火的征讨下毁灭,仅1966~1975年就毁掉森林1100多万公顷。无节制的砍伐已使巴西全国森林覆盖率由80%下降至40%。狂砍滥伐的恶果也显而易见,近年来,巴西降水减少,气候变得炎热干燥。可以想象,如果任其发展下去,谁能保证几十年后的亚马逊地区不会变成一个大沙漠呢?

我国是一个森林资源贫乏的国家。与一些森林覆盖率高的国家相比,圭亚那是97%,芬兰是69%,日本是68%,美国是33%,而中国仅为13%,大大低于全世界22%的平均水平。人均占有的森林面积只有19亩,在世界上排第121位。因此,大力植树造林,改善我们的生态环境,刻不容缓。

智慧人生

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