书城科普读物奥秘世界(彩图版)
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第26章 科学奥秘(2)

世界上大量的绿色植物在光合作用时,会吸收大量的==氧化碳,同时排出氧气。据科学家们实验分析,3棵大桉树每天吸收的二氧化碳的量,与一个人每天所呼出的二氧化碳的量相当。另外,石头也是一种默默进行工作的物质,它也能从空气中吸取大量的二氧化碳。科学家们经过研究发现,岩石中所含的碳酸钙会在二氧化碳和水的作用下,变成可以溶解的酸式碳酸钙,就是所谓的岩石的风化过程。

据分析,每年通过岩石风化可耗掉大约40亿~70亿吨二氧化碳,这些风化的岩石随着江河流人大海,当它再一次与岩灰化合时~又重新形成石灰石,变成新的岩石而沉人海底。

因而,乐观的人认为,地球不可能变成二氧化碳的世界,二氧化碳的含量只不过略有增加而已。各国科学家也在不断探索着一些新途径,希望使二氧化碳的排放量减少,如有可能可将其再生利用。而对于空气中氧气的生成,却没有找到更好的办法。专家们认为,减少森林面积的流失、保护绿色植物就是人类最好的保护氧气的方法,因为就是由这些大量的绿色植物产生出人类赖以生存的氧气。

氧气会不会真的被耗尽,这正如上面所说的那样,这有赖于人类的努力。如果人类不注意生态平衡,肆意破坏,乱砍乱伐森林,导致大量绿色植物锐减,将会造成氧的生成障碍,人们终有一天真的会面临着氧气的危机。

减少二氧化碳和其他废气的排放,对即将出现的氧气危机也有缓解作用。如果人类不想在未来面临缺氧危机,那么就应该从现在起就保护氧、生成氧。

极光是怎样产生的?

朋友,当你在夜晚仰视夜空时,有可能发现一个光怪陆离的奇景,一个地球上最壮观的自然景象,它就是极光。例如,在中国东北的黑龙江北部,有时在万籁俱寂的夜晚,可能有一片红色绒幕突然出现于茫茫天空中。正当人们惊疑的时候,它又突然变成一片蓝色草地,时而似蟒蛇游动,时而似骏马奔驰,刀光剑影,旌旗变幻或者像山间燃起巨火,或者像天神突然睁开了慧眼,光焰喷射,窥视人间……

在中国黑龙江和吉林西部以及内蒙古和河北北部地区,有人于1982年6月18日晚10时左右看见了这样一种极光。在北面天空离地平线不远处,一个月亮大小的半圆形乳白色光片先出现了,随后光片呈扇形向东北方向不断增大。约10-15分时,形成弧形光幕,中部较暗,边缘较亮,光幕内看不见星星。然后,弧形光幕进一步增大,亮度变暗,10时30分时光幕达到最大点,约占天空的1/5,而光幕内已能看见星星。大约10时 50分,大部分光幕消失。大约10时58分,光幕完全消失。

在世界其他一些地方也出现过极光。在北半球的美国阿拉斯加北部、加拿大北部、冰岛北部、挪威北部、新西伯利亚群岛南部是能看见极光机会最多的区域。相比之下,中国黑龙江北部能见到极光机会要少于上述地区,并且大都是在3月份、9月份左右,也即在春分和秋分前后才有。

极光还具有强大的破坏力。极光爆发的时候,严重骚扰电离层,结果,短波无线电信号的传播受到破坏,这将严重地影响到通讯交通。例如在美国,一个远在阿拉斯加的出租车司机,在极光强烈活动之际,可能会收到来自本土东部的新泽西州调度员的命令;同时,监视横跨极地飞行器的预警雷达屏幕上,也有可能突然出现虚假的图像,因而发出警报。

同时,输电线、电话线和输油管道管细长的导体可能会因极光不断变化而感生出强大的电流。输油管道受感生电流冲击,可能会受到严重的腐蚀。1972年,一次极光曾导致哥伦比亚的一台23万伏变压器被炸毁,并使美国缅因州至德克萨斯州的一条高压输电线跳闸。

那绚丽多彩、威力无比的极光是如何形成的昵?科学家们过去通常认为:来自太阳的高能带电粒子,到达地球附近空间,一旦被地球捕捉,就会受到地球磁场的控制,沿磁力线朝地磁极作螺旋下降,并与那里低密度的高层大气相互破撞而放电发光。或者太阳出现黑子、耀斑、日珥等,组成太阳的物质还不断发生强烈的核反应,结果大量的能量释放出来;太阳就向宇宙空间喷射出大量带电粒子,如质子、电子等,这些带电粒子仿佛来自太阳的一股巨风(俗称“太阳风”),冲人地球范围后,在地磁场的作用下,它们便集中降落到南北地磁极附近的高空,这些带电粒子激发了高空大气中的各种气体原子、分子,便造成发光现象。那么,按照这种解释,极光就应该在磁极上空以某种“辉点”那样的形式出现。但是,实际情况却不是这样。极光并没有呈“辉点”的表现形式,而是在地区上空表现为不规则的椭圆带幻像。这种情况不禁使人们开始怀疑以往的一般解释。极光现象到底是怎样形成的,这还得人们进一步探索。

激光“百发百中”之谜

随着科学技术的发展,激光的应用范围越来越广泛。中国古代的传说中就有“用光杀人”的记载。如《封神演义》中的“哼”、“哈”二将,可从鼻中喷出使敌人丧命的光,科学幻想中也早就有“魔光”、“死光”的说法。但直到1960年出现激光后,这些幻想才真正变成了现实。

激光技术从20世纪60年代末期开始进入军事领域,激光在军用技术的应用上分为两大类:一是用激光提高现代武器威力或创新军事装备,如激光测距、激光制导、激光雷达、激光通信等;二是用激光直接摧毁目标,如激光武器。作为武器的激光有很多独特的优点。

首先,它可以每秒30万公里的光速传播,其他任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准,几乎立刻就能击中目标。另外,它可以在极短的时间里,在极小的面积上集中超过核武器100万倍的能量,还能很自由、灵活地移动方向,不会造成任何放射性的污染。

激光武器分为三类:一是近距离战术型,可用来击落导弹和飞机。1978年美国就是用这类武器进行激光反坦克导弹的试验;二是致盲型,如机载致盲武器就属于这一类三是远距离战略型。这一类的研制最困难,但一旦研制成功,威力也最大,它可以作为反卫星、反洲际弹道导弹的最先进的防御武器。

激光是如何将目标摧毁的呢?科学家们认为有两个方面:一是层裂,二是穿孔。所谓层裂,就是靶材表面吸收激光能量后,被电离的原子形成等离子体“云”,“云”向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射导致靶材被拉断,形成“层裂”破坏。所谓穿孔,就是高功率密度的激光束使靶材表面急剧熔化,进而汽化蒸发,汽化物质向外喷射,反冲力形成冲击波,在靶材上穿一个孔。另外,等离子体“云”还能辐射紫外线或x光,将目标结构和电子元件破坏掉。

在激光制导导弹中,操纵人员通过不断调整激光束方向,将已发射出去的导弹导引到所要攻击的目标。激光信号经过编码可以对来自一个或数个方向相继发射出来的导弹进行制导,还可用数个指示器分别控制数枚导弹攻击名自的目标。

1972年美国在越南战场上首次投下激光制导炸弹,由此揭开了激光制导武器应用于战争的序幕。当时,美国飞机用20枚激光制导炸弹,将17座桥梁予以摧毁,取得了意想不到的战果。随后,在近20年中,激光制导武器普遍虚用于中东战争、马岛战争、贝卡战争和海湾战争中,并发挥了重要作用。

战争中,通信相当重要。命令的下达,军队的集结,进攻的发起……小到分队与分队、士兵与士兵之间的联络,大到各军兵种的配合、协调,所有这些都离不开通信。最早的通信靠人马飞跑传递,举灯燃火为号,以后的通信靠有线电话、无线电报、步话机等等。再后来,激光也被用于战场通信。而激光通信具有抗干扰、不易拦截的优点,可以沟通空中、地面和水下,能够在海底、地面、大气空间和外层空间,构成一整套“立体”交叉激光通信网。

激光在模拟、报警和激光对抗等方面也得到了应用。激光模拟器可以对炮弹、火箭和导弹的发射进行模拟,进行人员实战演习培训,评定射击结果,还可用来传递敌我双方坦克交战结果的信息。通常采用的半导体激光器,可精确确定目标和模拟炮弹的三维坐标,并可向目标发送射击结果。近几年激光技术已广泛应用于我军进行的激光红外军事演习训练中,并已取得越来越丰富的经验。

“水火相容”之谜

在日常生活中,人们都把水能灭火视为一个常识。只要哪里发现火灾,消防车就会立刻隆隆地开去,喷出“大水”,很快就能将大火浇灭。然而,水和火绝对是死对头吗?

答案是否定的,因为在特定的条件下,水却能帮助燃烧哩!不知你是否注意到,在工厂或老虎灶旁边的煤堆里,工人师傅常用水把煤堆浇得湿淋淋的,如果有人问他们这样做的原因时,他们会告诉您说:“湿煤要比干煤烧得更旺。”

这究竟是怎么回事昵?原来,世界上万事万物,都会按不同的条件来表现自己的独特性格。水也是如此,其实水能助燃,在日常生活上也常可见到,当你在烧开水时,如果壶里水开了溢出来,落到煤炉上,火焰会一下子变得更旺。其中的原因很简单,因为,当炉螳中煤燃烧的温度很高时,加入水,就会和煤起化学作用生成一氧化碳和氢气。

一氧化碳和氢气都易于燃烧,如此一来,炉螳内的火就会烧得更旺,这就是水能助燃的奥秘。

人们可以做下面的实验证明上述的原理。

首先将200毫升水放入烧瓶中,在将粒状硬质煤块放人另一燃烧管中,实验开始时先用小火烧热燃烧管,随后用大火对着煤块加热使煤块变红,同时把烧瓶中的水煮沸,使水蒸气通过燃烧管,此时在另一端燃烧管中点燃,就会出现蓝色火焰。

工业上制造水煤气利用的就是上述实验的原理。除碳以外,水和其他非金属元索也能发生作用。在常温下水和氟能发生剧烈反应,生成氟化氢和氧气。

在光的催化作用下,氯也可和水起反应,生成盐酸和浓氯酸。至于溴、碘、磷等不活泼的非金属元素,通常就不能和水起反应了。由上述可见,水火有时也可以相容。

“千冰”是冰吗?

有一次,几个地质勘探队员到美国的德克萨斯州去勘探油矿时遇到了一件怪事。他们用钻探机往下打孔,钻到很深的地方。突然,地下的气体以极高的压力从钻孔里喷射而出,并很快地在钻孔中形成了一大堆白色的“雪花”。地质勘探队员们很好奇,于是就上前滚雪球,结果,手上不是起了泡就是变黑了。

原来,那“白雪”不是真正的雪,而是一种“干冰”。干冰也不是真正的冰,因为它是由无色的二氧化碳气体凝结而成的,而不是由水凝结成的。

如果把二氧化碳装在一个钢筒里,然后施加一定的压力,它就变成水一样的液体了。如果温度再降低一些,那它就变成了一种白色的东西,好像冬天的雪花,这就是干冰。

然而,它比雪更细一些,并且,因为它的温度低到一78.5℃以下,所以,千万不能直接用手去拿,否则会把手冻伤的。皮肤冻伤后,会出现黑色的斑点,几天以后就开始溃烂。

如果你把干冰放到房间里,它很快就会不见踪影,变成了二氧化碳气体,融人空气之中。这是因为在常压下,干冰不会呈液态,它在吸收一点的热量后就直接转变为气态,这种过程叫做升华。

有趣的是,由于干冰的温度太低,它急剧升华的时候,周围的空气温度也会随之迅速降低,空气里的水蒸气就会凝结成雾。因此,拍电影的时候,常常利用干冰的这个特点,在周围撒点干冰,就可以产生云雾缭绕的景象。

另外,如有必要,还可以通过从飞机上往云朵里撒干冰进行人工降雨。