问专家

2019-04-02 07:11
科学之谜 2019年12期
关键词:珠穆朗玛峰冰雹磁铁

如果海洋里所有的盐突然消失了会发生什么?

如果海水里没有了盐,那么地球上的淡水资源就大量增加了,不过,对于为日益减少的淡水资源发愁的我们来说,并不是好事。

一升海水含有约35克的溶解盐,因此要淡化整个海洋就需要去除大约4500亿吨盐。溶解盐突然消失,使海水密度变小,对海床的压力突然减小,这可能会引发全球地震和火山爆发,带来全球性灾难。

海水中的盐消失几个小时后,由于渗透作用,几乎所有的海洋生物都会因为细胞膨胀并破裂而死亡。这些死去的生物会沉入海底,但它们的身体不会腐烂,因为所有的海洋细菌也会死亡。海洋生物的死亡还会影响陆地生物的生存。地球上至少有一半以上的氧气是由海藻产生的,海洋中的藻类死亡使地球上氧气含量骤减,所以陆地上也会发生大规模的物种灭绝。

此外,在海洋中的暖流可以给寒冷的地区带去温暖,寒流给炎热的地区带去凉爽,而洋流的存在得益于海洋中各海区的不同盐度。如果海水中没有了盐,那么洋流也就不存在了,寒冷的地方冬天会非常寒冷,而炎热的地方很炎热。没有寒流帮助降温,赤道附近的海区海水温度升高,为飓风的产生创造了条件。

可以说,海水中的盐分消失不仅会导致海洋生物灭绝,也会使陆地生物大量死亡。不过这种情况不会一直持续下去,因为陆地上的河流会持续地将溶解于水中的矿物质带到海中。当然,要恢复海洋的盐度,可能需要数万年的时间。

英国科普作家 路易斯·比亚松

冰雹为什么不像雨一样一直下?

当积雨云的云体非常高大、云中有强烈的上升和下降气流、水汽又非常丰沛时,才会形成冰雹,这种云通常也被称为冰雹云。在冰雹云中,强烈的上升气流携带着水滴上升,当遇到一个更冷的气团、温度降到冰点之下时,水滴变成过冷水,并在与冷凝核接触时冻结成冰雹层。这个过程不断重复,使冰雹层不断增长。当上升气流不再能支撑冰雹云的重量时,冰雹就会落向地面。

而冰雹总是来去匆匆,一般只持续几分钟或十几分钟,这是因为这种冷暖气团通常移动速度很快,当气团不再交汇时,就没有了可形成冰雹的条件。并且强烈的暖湿气流强度大,能量消散快,因此冰雹持续的时间通常较短。不过在少数时候下一场冰雹的时间可以超过30分钟,比如2015年,在美国科罗拉多州丹佛市的一个街区,冰雹在一个半小时内持续落到地面。

英国环境和气象学家 亚历克斯·富兰克林·张

条形磁铁加热会失去磁性,为何地球高温液化的铁核却产生巨大的磁场?

磁铁中的原子按照一定的规律排列整齐,这是磁铁具有磁性的原因。当加热磁铁时,原子的排列被打乱,磁性降低,当加热到770℃时,磁铁失去磁性。

而地核的温度非常高,以至于铁核处于液态,但它却产生了强大的磁场,保护着地球生物。磁铁加热失去磁性,地核高热却拥有磁场,这看起来是矛盾的。目前,解答这个问题的理论有多种,被普遍认同的是发电机理论,即地核像发电机一样产生持续的磁场。地核由内核和外核组成,外核温度高,处于液态,但内核压力非常高,呈固态。由于地球的自转,外核中的高温铁水(为导电材料)也随之流动,这个过程中由于磁感应产生电流,从而产生一个弱磁场。电流与流体运动相互作用,使磁场增强,从而产生更强并持续的磁场。除非外核的流体运动停止,否则地核是不会停止产生磁场的。

简单来说,地核中的高温铁水不会直接产生磁场,而通过运动产生电流,进而产生电磁效应,最终产生了地核的强磁场。

孟加拉科普作家帕尔韦兹·阿什拉夫·达卡

珠穆朗玛峰能在月球上投下阴影吗?

月球绕着地球转,每隔一段时间,月球和地球的位置就会处于一种特定的状态,假设没有地球大气的干扰,月球表面光滑,那么珠穆朗玛峰的形状会出现在地球阴影的边缘,投影在月球上。这个阴影有多大呢?珠穆朗玛峰高约8850米,大约是地球半径的0.1%,所以,珠穆朗玛峰的阴影也只占地球阴影半径的0.1%左右(这是珠穆朗玛峰投射到月球上最大的阴影)。而月球的角半径是0.25度,地球阴影在月球上的角半径则为0.5度,据此计算,月球上珠穆朗玛峰阴影的角距大小为2角秒(1角秒=1/3600度)。这样的大小需要借助一台好的天文望远镜才有可能看到。

而事实上,月球表面并不光滑,因此就算珠穆朗玛峰能在月球上投下阴影,但是阴影投到月球的山脉和陨石坑上,边缘也会变得非常模糊,因此我们几乎无法观测到。

英国朴茨茅斯大学教授 凯伦·马斯特

我们能同时使液体沸腾和冻结吗?

液体可以同时处于沸腾和冻结的状态,不过这需要在合适的温度和压强下才能实现。在热力学中,可使物质的气态、液体和固态共存的温度和压强值被称为“三相点”。每种物质的三相点不同,比如水的温度为0.01℃、压强为611.657帕斯卡时,就可见水处于沸腾蒸发和冻结的现象。汞的三相点为温度38.83℃,压强为200000帕斯卡,在这组数值下汞可以同时处于气体、液态和固态。

印度科普作家瓦伦·库马尔

我们能用落下的雨滴发电吗?

降雨从积雨云中落下,由于其离地面有一定的高度,因此具有势能。物体的重力势能可以用它的高度(相对于地面)乘以它的重量和重力常数(9.8米/秒2)来计算。假设某地年平均降水量为100厘米,在一个200平方米的水池里,可以储存大约20立方米的水。考虑到积雨云的高度约为海拔2000米,一年的时间里,落在水池中的雨滴大约可制造111千瓦时的电量。这个数字似乎很小,但是如果面积达到1平方千米,那么一年中落下的雨滴所能产生的能量就足以为1000个左右的房屋提供基本用电。因此,降雨可以用来发电。但是将雨滴落下的能量转化成可用的电能并不容易。

最近的研究表明,雨滴的动能可以利用某些具有压电性质的材料,如PVDF(聚偏氟乙烯)来开发。当雨滴落在压电材料上时,引起的振动会产生压力。这种压力导致压电材料表面产生电势差,从而将雨滴中的机械能转化为电能。但是目前压电设备每平方米只能从雨滴中收集0.001千瓦时的电流——仅基本够为遥控器供电,并且设备非常昂贵,还需要定期维护。因此直接利用降雨發电至少在现在来说并不实用。

印度科普作家 拉贾特·卢纳瓦特

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