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第5章 天文地理篇(4)

当漏斗伸到陆地表面时,把大量沙尘等物质吸到空中,形成尘柱,称陆龙卷;当漏斗伸到海面时,便吸起高大的水柱,称水龙卷或海龙卷。龙卷的袭击突然而猛烈,产生的风是地面上最强的。

在强烈龙卷风的袭击下,房子屋顶会像滑翔翼般飞起来。一旦屋顶被卷走后,房子的其他部分也会跟着崩解。龙卷风的强大气流还能把上万吨的整节大车厢卷入空中,把上千吨的轮船由海面抛到岸上。在美国,龙卷风每年造成的死亡人数仅次于雷电。它对建筑的破坏也相当严重,经常是毁灭性的。1925年3月18日一次有名的“三州旋风”遍及密苏里、伊利诺伊和印第安纳三个州,损失达4000万美元,死亡695人,重伤2027人;1967年3月26日上海地区出现的一次强龙卷,毁坏房屋1万多间,拔起或扭折22座抗风力为12级大风2倍的高压电线铁塔。龙卷风平均每年夺走数万人的生命。1970年5月27日一个龙卷风在湖南形成后经过沣水,在沣水的江心卷起的水柱有30米高、几十平方米大,河底的水都被吸干了。

龙卷风在世界各地都曾出现过,我国龙卷风不多见,而在美国、英国、新西兰、澳大利亚、意大利、日本出现的次数却很多。龙卷风在美国又叫旋风,是常见的自然现象。1879年5月30日下午4时,在堪萨斯州北方的上空有两块又黑又浓的乌云合并在一起。15分钟后在云层下端产生了旋涡。旋涡迅速增长,变成一根顶天立地的巨大风柱,在3个小时内像一条孽龙似的在整个州内胡作非为,所到之处无一幸免。最奇怪的是在开始的时候,龙卷风旋涡竟然将一座新造的75米长的铁路桥从石桥墩上“拔”起,把它扭了几扭然后抛到水中。事后专家们认为,这次龙卷风旋涡壁气流的速度已高于音速,其威力巨大。

把高于音速的龙卷风比喻为一个魔术师一点也不为过。1896年,美国圣路易市发生过一次旋风,使一根松树棍竟轻易穿透了一块1厘米左右厚的钢板。

在美国明尼苏达州,1919年也发生了一次旋风,使一根细草茎刺穿一块厚木板,而一片三叶草的叶子竟像模子一样,被深深嵌入了泥墙中。但是使人不解的是麦蒂希布农妇谢莱茹涅娃和她儿子的事情。龙卷风将她、她的大儿子和婴儿吹到一条沟里,而她的次子彼佳被刮走不见影踪,直到第二天才在索加尔尼基市找到了他。尽管他吓得魂不附体,但丝毫未受损伤。令人奇怪的是,他不是顺着风向吹,而是逆着风被吹到索加尔尼基市的。

尽管人们早就知道龙卷风是在很强的热力不稳定的大气中形成的,但对它形成的物理机制,至今仍没有确切的了解。有的学者提出了内引力——热过程的龙卷成因新理论。但是,用它也无法解说冬季和夜间没有强对流或雷电云时发生的龙卷风。龙卷风有时席卷一切,而有时在它的中心范围内的东西却完好无损;有时它可将一匹骏马吹到数千米以外,而有时却只吹断一棵树干;有时把1只鸡的一侧鸡毛拔完,而另一侧鸡毛却完好无缺,产生龙卷风这些奇怪现象的原因更是令人难以预料。

龙卷风的风速究竟有多大?没有人真正知道,因为龙卷风发生至消散的时间短,只有几分钟,最多几个小时。作用面积很小,一般直径只有25—100米,在极少数的情况下直径才达到1千米以上,以致现有的探测仪器没有足够的灵敏度来对龙卷风进行准确的观测。相对来说,多普勒雷达是比较有效和常用的一种观测仪器。多普勒雷达对准龙卷风发出微波束,微波信号被龙卷风中的碎屑和雨点反射后被雷达接收。如果龙卷风远离雷达而去,反射回的微波信号频率将向低频方向移动;反之,如果龙卷风越来越接近雷达,则反射回的信号将向高频方向移动。这种现象被称为多普勒频移。接收到信号后,雷达操作人员就可以通过分析频移数据,计算出龙卷风的速度和移动方向。为了制服龙卷,预测龙卷,人们正努力探索龙卷形成的规律,以解开这个自然之谜。

黑潮是黑色的吗

原来,有一条天然的“暖气管道”横亘在西北太平洋上。这条所谓的“暖气管道”其实是海洋暖流中的一支,也就是黑潮。黑潮是太平洋的北赤道流与陆地相遇后,沿岸北上的一支海流。它像一条巨大的江河,从南向北,昼夜不息地滚滚流动着。

虽然这股暖流被称为黑潮,但它的水其实并不黑,甚至比起一般海水来,显得更清澈透明。不过,黑潮分布的海面经过太阳的散射光照射,水分子吸收了如红、黄等色的光波,而只散射蓝色光波。因此,人们一眼看过去,海水就成了蓝黑。这就是人们称它为黑潮的原因,黑潮也因此与其他的一般海水明显地区别开来。那么,这条“暖气管道”是从哪来的呢?它是如何形成的呢?

这要从北赤道流说起,它是黑潮的前身。赤道流由于受强烈的太阳辐射影响,水温和盐度都很高,黑潮也因此具有高水温、高盐度的特点。夏季水温为27益—30益,即使在冬季,表层水温也超过20益,高出邻近海水5益—6益。

因此,黑潮又被称为“黑潮暖流”。黑潮暖流因为自身特点而拥有大量热能,其中的部分暖水直接或间接参与了大陆架海区的环流,对环境有很大影响。暖流沿黄海东侧北上,再转入北黄海,进而穿过渤海海峡向渤海流去。在冬季寒冷的渤海、黄海一带,暖流凭借其高温的特性,给沿途带来温暖。不仅如此,整个黄海还因为暖流北上而存在一个明显的高温“水舌”,该“水舌”一直扩展到整个渤海。因此,秦皇岛一带海域始终不结冰。科学家观察到这一自然现象后兴奋不已,便开始研究它。

黑潮的影响首先表现在气候方面。海洋气象学家通过研究冬季黑潮的水温情况,来预测明春气候的变化。他们发现了一个规律:当进入秋末冬初时,只要测出吐噶喇海峡的水温高于往年平均水温,那么我国北部平原地区,来年春季降雨量肯定多过常年降雨量。相反,降雨量则会偏低。这种预测对于农业发展有重要意义,人们可以据此提早采取措施,预防灾情。

黑潮对它经过的沿岸各地的启示与影响极大,绝不仅限于气候这一方面。人们发现,它也极大地影响着渔业生产。对有些怕冷的鱼类而言,黑潮流域是理想的家园。这些鱼类喜欢聚集在黑潮流域附近游动,冷了就靠近一些,热了便离它远一些。黑潮流域成了鱼儿们抵御恶劣环境的天然庇护场。同时,黑潮暖流也为暖水性鱼类的产卵创造了条件。因此,在黑潮流域作业的渔民自然就有丰富的收获了。

黑潮流经范围很广,并且从方方面面影响流经区域,值得关注。近些年来,国际间展开了广泛的科技合作,目的是为了揭示黑潮的形成机制,弄清其变化规律,揭示黑潮和大气间的关系。我国海洋工作者为揭开黑潮之谜,积极研究,做了大量工作,并取得了很多成果。科学技术的发展日新月异,相信黑潮一定会越来越被人们了解,并能带给人类更多的福利。

飞翔的梦想

1903年,在北卡罗来纳州的凯蒂霍克,美国人奥维尔·莱特兄弟准备追随前辈的足迹飞上天空。动力驱动和人工操控的结合,使这次飞行显得异常平稳。

虽然莱特兄弟在天上只飞了1分钟,但这却是人类开始征服天空的标志。

此后,1909年,在没有指南针的情况下,法国人刘易斯·伯莱雷奥从法国加莱起飞,37分钟后降落在海峡对岸的英国多佛附近。1919年,英国人约翰·阿尔科克和亚瑟·布朗驾驶一架木制双翼飞机从加拿大的纽芬兰出发,准备飞越大西洋。在飞行途中,由于下起雨,机身表面结了厚厚一层冰,勇敢的布朗竟然爬到机翼上进行清理。最后,飞机安全降落在爱尔兰的沼泽地里,他们终于成功抵达了欧洲。为此,他们赢得了1万英镑的奖金和世人的瞩目。

人类的下一个目标是单人飞越大西洋,很多勇士为此献出了生命。为了实现这一目标,有人拿出2郾5万美元作为奖金。美国人林白进行了尝试。由于路途遥远,林白在飞机上加挂了油箱,但却挡住了自己的视线。为此,他只好在潜望镜的帮助下进行越洋飞行。1927年5月20日,他驾驶一架单翼飞机从纽约起飞,等在他前面的是5632郾6千米的路程,不眠的33个小时,以及乌云、浓雾和暴风雨。这次飞行引起了公众的极大关注,当林白在巴黎附近的勒博格特机场降落时,蜂拥而至的人们向他表达了最诚挚的敬意,他成为冒险精神的象征,备受推崇。

1930年,英国人艾美·约翰逊独自飞到澳大利亚。1935年,新西兰的简·巴滕成为完成欧洲和澳洲之间往返飞行的第一位女性。1932年,美国人阿梅莉亚·埃尔哈特成为独自飞越大西洋的第一位女性,公众称她为“长着翅膀的传奇”,1937年,由于不明天气原因,她永远的消失在太平洋上。

这些开路先锋为人类征服了广阔的天空。如今飞机航线已经遍布地球上空,最初的艰险已经被热情周到的服务所取代。

除了飞机,人类还用其他方式同天空亲密接触。让我们先来看看200年前飘荡在天空中的热气球吧!

100多年来,人类一直梦想在天空中飞得更远、更高。1931年,带着人类永无止境的好奇心,奥古斯特·皮卡德和同伴乘坐热气球首次进入同温层。

乘坐热气球的非凡感受吸引了众多冒险家,比如英国的理查德·布兰森和瑞典的皮尔·林德斯特兰德。1997年,美国人斯蒂文·福塞创造了乘坐热气球在空中度过6天的纪录。居住在瑞士的著名深海探险家奥古斯特·皮卡德是第一个飞上15000米高空的人。在1931年的5月27日,奥古斯特乘坐着自己制造的热气球,升上了15780米高空的同温层(1932年刷新纪录至16201米),他因而成为世界上第一个亲眼看到地球曲线的人。此后,新纪录不断诞生。

热气球的高度鼓舞着人心甚至和国家地位有关。1937年,历史上最大的热气球升空了,对于大萧条时期的西方民众来说,这的确使人欢欣鼓舞,他们甚至认为这是人类不屈斗志的象征。当斯蒂文斯和安德森操纵热气球升到22郾6千米的高空时,美国的世界地位也得到了提高。

20年后,“载人高空计划”再度实施,相关实验继续进行。1960年,作为这一计划的飞行员,约瑟夫·基廷格的气球飞到距离地面30千米的未知空间,人类终于触摸到了太空。由于飞行服无法保持正常气压,他坠向地球,不过还好,他平安降到地面。此后的30年里,基廷格痴心不改,仍然对飞翔和冒险情有独钟。

黄土高原是如何形成的

地质学家为了回答这个问题,综合使用地层、古气候、古生物、物质成分、结构及年代学等手段进行了研究,提出的黄土形成假说多达20多种。其中,毫无事实根据的“宇宙成因说”早就被否定了。现在影响较大的是“水成说”“残积说”“风成说”及“多成因说”这四种学说。黄土物质的来源、搬运营力及黄土本身的属性等问题是这四种学说的主要分歧。

大多数学者都持风成说的观点,并且风成说观点在中外都十分风行,为许多学者所赞同。特别值得指出的是,现代学者以大量的基本事实为基础,分析了黄土物质的基本特点后,认为我国大面积的沙漠可能是黄土物源,并且认为风力是黄土物质的搬运的主要动力。黄土高原的形成,是地质历史中一种综合的地质作用过程,存在着三个不同阶段即物源的形成、搬运、分选及堆积成土。

地质学家认为,在第三纪末或第四纪初的后半期,今天的黄土高原所在地,气候潮湿多雨,河流及湖盆众多,各种流水地质作用盛行。基岩山区中大量的冲积、洪积、坡积、湖积及冰积物在河水作用下被搬运到低洼的盆地中,松散沙砾及土状混合物堆积变得越来越厚,黄土物质因此有了生长的基础。

在距今大约120万年前的第四世纪后半期,气候发生了全球性的变化。气温急剧下降,由潮湿变为冷干。新的冰期到来,我国西北部地区在西伯利亚——蒙古高压气流的影响下,冷空气直驱南下进入我国西北地区,并受祁连山的影响分为两支,一支转向东南,构成西北风进入鄂尔多斯地区,另一支向西南构成东北风进入柴达木盆地和塔里木盆地。与此同时,来自蒙古的西风及西伯利亚的西北风分别进入我国北疆的东北地区及准噶尔盆地。堆积在盆地中的松散物质及基岩山区的部分残积和堆积物被像大自然的风车一样强大的风力重新扬起,随风飘扬、搬运、分选,然后分别沉积下来。日复一日,年复一年,各种堆积由少变多,今天西北地区的砾漠、沙漠和巨厚的黄土堆积也就逐渐形成了。

另外三种关于黄土形成的假说影响并不太大。水成说认为,黄土主要由流水作用从不远的物源区堆积而成。残积说则认为由基岩风化作用就地成土导致了黄土的形成。而多成因说则认为黄土是上述几种因素共同作用而形成的。

从目前情况看,虽然四种假说都有一定的市场,但在学术界占有绝对优势的还是风成说。然而,要想否定水成说、残积说等假说也不容易,因为至今也还拿不出更确切的证据。多成因说近几年又重新抬头,向风成说提出了挑战,并且它也似乎比其他假说更为合理。孰是孰非,还很难预料。究竟何时才能揭开黄土高原之谜呢?这只能寄希望于科学家的研究了。

令人惊叹的海底隧道

英吉利海峡隧道是连接英法两个国家的超长海底隧道。如果你有机会穿越海底隧道,好好欣赏一下它,你就会感叹这个穿地而过的大型通道是多么来之不易。为了修成它,英法两国历时6年,耗资170亿美元,而且有10名工人把自己的生命奉献给了这项历史上最具挑战性的运输系统工程。

过去,英国与欧洲之间来往的方式是靠轮船横渡英吉利海峡。

几百年来,无数工程建筑师都梦想把英国和欧洲大陆连接起来,他们设想建造桥梁、开掘地下隧道。但在过去的技术条件下,造这么大的工程,还是敢想而不敢为的。

除了工程上面临的困难之外,过去英国人还担心:如果真的把英国同欧洲联系起来,尽管存在着前所未有的便利,但也蕴含着许多危险,比如欧洲大陆的传染病会非常容易传到英国来;一旦发生战争,敌人也会通过这条通路长驱直入。如果乘船的话,就很容易避免这类事件的发生。

随着科技的进步以及整个欧洲的大融合,上述英国担心的问题发生的可能性越来越小。1980年,英法两国终于达成最终协议:建一条地下隧道,把两个国家连接起来。

根据这项协议,拟议中的隧道长近40千米,将连接法国的加来港和英国的福克斯顿港。

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