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&esp;&esp;5水稻种植,中国长江流域被认为是世界最早的。后发现中南半岛同时期也有种植。无论那里起源,从这种作物的名称就知道,缺乏大规模推广的可能性。五谷(或)中,共有的四谷对水的需求较小。但很多干旱区域都产水稻,比如新疆阿克苏、甘肃张掖、山西太原,找寻原因并判断,那里可以移植?
&esp;&esp;6中国历史上,有好几次气候大规模变冷、变旱,导致物种生存范围巨变。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?
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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)
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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。
&esp;&esp;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!
&esp;&esp;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。飓风移动过程中,由于不停从海水吸热,所经过的海面温度普遍下降。当飓风进入陆地,没有供热源了,飓风就慢慢消散。当然消散前,前面积攒的能量就以破坏的形式出现。
&esp;&esp;陆地上类似的形式是龙卷风,当然规模不能和飓风相提并论。也是由大尺度(比海中小的多,不到百米)的上升气流引发,多数旋转方向和飓风相同。由于尺度相对科里奥利力有效作用的范围小,因此有可能出现反方向旋转的情况。另外缺乏热补充,持续时间短,移动距离几公里到几十公里之间。
&esp;&esp;思考:
&esp;&esp;1我们做饭时,蒸煮常用温度就是100c。炒菜温度超过250c,烧烤温度超过500c。那么低温能不能做熟饭呢?比如60c炒菜,50c煮饭。
&esp;&esp;2潜水艇发射导弹时,一直加热导弹井底部的水,待其全部变成水蒸气后,继续加热,压力越来越大。最后导弹被弹出发射井,冲出水面,再进行点火。类似情况,鱼、雷发射,航空母舰上的舰载飞机弹射,都用水蒸气进行。那么航天飞机发射时,发射口下面也有大量水,发射时也是滚滚水蒸气大量涌出,这个是起什么作用呢?
&esp;&esp;3使用热水时,不小心会将少量热水倒在皮肤上,很快皮肤会变红。但是如果不小心让蒸汽喷在皮肤上,很容易起大水泡。
&esp;&esp;4冬天找一大块冰,找一截细铁丝,把铁丝挂在冰上,两端拴一个重物,比如哑铃,观察铁丝情况。铁丝能一直挂在冰块上吗?
&esp;&esp;5永久冻土,是温度常年低于0c,土内部的水分完全以冰的形式存在,分布在高寒地带。在中国,一般冻土上方覆盖着数米到数十米厚不等的正常土壤。冻土可以保持水分,上方土壤的水受冻土阻隔无法渗透流走,地下水位较高,容易形成湿地和草甸。气候变暖,冻土消失,地下水位下降,上层土壤无法保持水分,湿地草甸逐渐荒漠化。在青藏高原、大兴安岭,易见这样场景。若大范围冻土消失,表面地形会有什么变化?
&esp;&esp;6家用空调,都安装在房间接近顶部的位置。暖气片,都安装在窗户下方。为什么?
&esp;&esp;7夏日午后,经常可以观察到小旋风。在地面的某个区域,突然出现一股旋风,刮起少量尘土。尘土在风中的移动显示出旋风的旋转和路径。那么此刻旋风的旋转方向是由什么决定的?仔细观察起旋风的初始区域,和其他区域有什么区别?
&esp;&esp;8滑翔机,没有动力,在空中滑翔。按道理应该是高度越来越低。但实际上一个经验丰富的飞行员,可以维持高度不降,甚至越来越高,他是怎么做到的?
&esp;&esp;9有时候,龙卷风经过河面或湖面,会吸走大量水,甚至携带一些鱼类和两栖动物。导致另外一个区域下起了动物雨。那么会不会把动物带到一个生活环境截然不同的地区?
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