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梅乐芝经理的科普文章 (五)(3/5)

8000年前,青藏高原变冷,在长江黄河上游的农业部落搬家。

5000年前,大象从甘肃分布到北京,随后南迁。

春秋中期,黄河流域变冷变旱,原本还有犀牛在此游荡。

北宋末年,河南的竹子全部冻死,后来北方很难再有竹子存在。

明末,整个北方都寒冷干旱,农业歉收或绝收。

其他时期间或有中小规模气候变动。

游牧部落大规模入侵,背后的气候因素也是一大推手。

从黑海到鄂霍次克海(唐:少海)的游牧部落,在定居文明的历史记载出现时,可体会气候的冷暖变迁。

能找到气候变暖、变湿的时期吗?

7金星大气稠密,主要是二氧化碳,这种气体有利于热量积聚,不利于散发,所以表面温度可达400c。

地球气候变暖,空气中二氧化碳含量增加。

二氧化碳含量增加也导致气候变暖。

那么究竟哪个是因?

那个是果?

或许这种简单判断并不合适。

8航天飞机,在太空中,太阳晒着地方温度超过100c,阴影的地方温度为-100c。

新疆的昼夜温差虽大,但远远不能和这个比。

地球大气虽然不够稠密,现在感觉到它的可贵了吧。

如果稠密到金星的程度,昼夜温差就基本消失了,就没办法吃水果和粮食了。

总之,地球最好。

水到了100c就沸腾,称之为沸点,在0c就凝结,称之为冰点,这是通常情况。

在一些情况下,沸点温度和冰点温度发生变化。

在高山上烧水,水很快就烧开了,却不怎么烫。

如果用温度计测量,就发现温度低于100c。

水在开始加热后,微量水就可能进入气态形成微气泡,在气泡内,水蒸气变成水和水变成水蒸气同时在发生。

当温度上升,气泡内的压力上升,到一定程度时,水蒸气和水相互转化达到平衡(此时平衡压称之为此温度下的蒸气压)。

温度越高,对应的平衡压越大。

当气泡平衡压等于外面的大气压时,气泡就可以上升到水面,水就进入沸腾状态。

此时对应的温度就是沸点。

如果外面大气压降低时,沸点对应的气泡平衡压自然降低,平衡压降低意味着对应的温度降低。

即沸点温度下降。

所以,气压大小决定了沸点的高低。

水的沸点变化:02个大气压,60c,05个大气压,80c,1个大气压,100c,2个大气压,120c。

在深海海底,热泉冒出的水温是400c。

烧开水的目的是杀死水中的细菌、寄生虫卵等。

而高山上的沸水温度低,无法有效杀死细菌,就失去了烧开水的效果。

同样做饭也不容易熟。

高压锅就是锅密闭起来,里面气压超过海平面气压,水要超过100c才能沸腾,这样做饭烧菜熟的快,烧得烂。

高压锅都有放气阀门,当压力超过限定值时,就开始放蒸气,保证压力锅不会爆炸。

水中0c结冰,体积膨胀。

这个是与多数物质不同的地方。

如果限制水的体积膨胀,水就无法结冰。

在电视会看到花样滑冰,这些冰上舞者的鞋子下部是冰刀。

冰刀的刃很窄,加上人的重量,就直接压人冰中,而被压的细条冰体积减小,恢复成为水,这样有水起润滑作用,滑冰就很轻松。

当冰刀离开刚刚形成的水槽后,这些水很快又结成冰。

空气被加热时,体积会膨胀,而重量不变,那么密度就减小。

周围空气密度不变时,这些热空气就因为浮力升上去了。

同理,当空气变冷后,体积减小,密度增加,就下沉了。

所以家里生火做饭,锅是放在火上面,这样可以最大幅度地利用热。

北方有暖气供应的地方,暖气片都放在窗户下面,这样窗外的冷空气进来,就直接下沉到暖气片上,很快就被加热了。

水比较特别。

在4c时,加热体积增加。

降温体积也增加!

也就是说水的密度最大不是0c(大多数液体都是在凝固点密度最大),而是4c。

河水结冰,冰本身浮在水面上,而冰下的水里面,从上到下,温度是0c到4c,生活中水中的鱼类,就可以待在最高温处,4c的河底。

倘若冰密度比水大,那么整个河、湖,甚至海在冬天都变成冰的世界,水中的多数复杂生命不能呼吸而无法存活。

不过水结冰后体积变大,带来一些问题,生命的基本构成是细胞,内部充满了水。

当这些水结冰时,细胞膜就撑破了,生命无法存活。

(某些两栖动物,细胞内有防冻液,在全身都冻在冰中时,细胞保持液态)

水的这些特性:存热性最好、固态体积大于液体、4c密度最大。

使得生命成为可能,所有的生命,组成身体的物质中大部分都是水。

比如人体大约70%是水,人体密度和水差不多。

所以人学游泳是比较容易的,尤其是刚出生的婴儿,已经在水里面生活了九个月。

地球上生命非常顽强,从深海海底到高山之巅,从万年的冰中,到咸涩的盐池,生命无所不在。

但是地球有一个广阔的地方,居然没有任何生命,这里比手术室的灭菌条件还要严酷。

在智利北部的阿塔卡马沙漠,多年不曾降雨,地面没有一点水分。

看起来算不上最严酷的地区,却因为没有一点水,成为生命的禁区。

夏天冰淇淋、冰棍(现在还有吗?)很受欢迎。

在吃到嘴里瞬间,舌头感到冰冷,表明热量正离开舌头进入冰淇淋。

慢慢地冰淇淋化为甜香的液体,此时温度并没有提高。

在这个过程中冰吸收的热,称为熔化潜热。

等冰吸饱了潜热,就全部化为水,再吸热,水才升温。

烧开水也有同样情况,水到了100c,再吸热,成为100c的水蒸气。

温度保持不变。

如果没有热量补充,就变不了水蒸气。

这部分热量成为气化潜热。

80卡热量可以让1克水从0c升高到80c,但只能让1克冰化为1可水。

而1克100c的水变为100c的水蒸气要540卡!

前面我们提到飓风,也称为台风,就是水蒸气释放出的潜热造成的。

在热带海面上,海水温度足够高(大于27c),且热海水足够深(大于50米),这个就是飓风的能量来源。

在此海面上,一个巨大的热气包离开海面,形成局部真空,此处气压降低,形成飓风中心。

周围的空气涌来补充。

而涌来的气流由科里奥利力偏转,形成逆时针(北半球)或顺时针(南半球)的大旋涡。

大量携带水蒸气的上升气流包,在空中温度迅速下降,部分水蒸气凝为水,释放出大量汽化潜热。

这些潜热以风的形式出现,高风速导致低气压(伯努利原理),低气压导致令蒸发增加,继而使更多的水汽冷凝。

大部分释放出的热量驱动上升气流,使风暴云层的高度上升,进一步加快冷凝。

这是一个自我驱动的过程,使得飓风越来越强,范围可达几百公里,相当于一个强力吸热器。

如果海面水不够热,热水量不够多,就无法维持下去。
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