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1700042456 飞行中的科学 从河流到海洋
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1700042458 河流入海时,许多河流会在河口形成三角洲。三角洲的形成是一个缓慢的过程,日复一日,河水挟带的泥沙在入海口沉积下来。三角洲的主要类型有扇形三角洲、鸟足形三角洲和尖形三角洲。河流注入海洋时,水流向四处扩散,动能显著减弱,流速也慢了下来。这意味着河水所挟带的泥沙分离并沉淀了下来,形成一片向海面伸出的平地,外形像英文字母V,日积月累,沉积平地不断向前推进,最终形成了三角洲。
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1700042460 不过,不是所有的河流都能形成三角洲。许多河流的入海口更加宽阔,与海洋的分界线也没有那么明显,入海口中某个区域的水介于海水与河水之间。在这种河口处通常会形成泥滩或是一些时而会被海水淹没的开阔的区域。
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1700042462 人们经常用盐水与淡水之间的区别来表述海水与河水的不同。的确,如果你尝一口海水,它给你留下大致的印象就是咸咸的味道。但是现实中,海水本身并不含盐。它的成分包括钠离子和氯离子(当然也含有一些其他的成分)。离子是指原子失去或得到一个或几个电子而达到的稳定结构。钠离子比钠原子少了一个电子,因此带正电,而氯离子比氯原子多了一个电子,因此带负电。
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1700042464 钠本身是一种不稳定的金属,遇水会发生爆炸反应。几乎所有的钠在自然界中都以化合物的形式存在。化合物是由不同种类的原子组成的分子。(分子可以由单一种类的原子组成,如氢气分子是由两个氢原子组合而成的。)海水中的钠离子来自于如硅酸钠之类的岩石(硅酸钠由钠、硅和氧三种元素组成)和碳酸钠(碳酸钠由钠、碳和氧三种元素组成)。河流入海的旅途中,沿途的碳酸钠溶解于河水中,被带入海洋。海水拍打岸边那些含钠的礁石,也会将钠带入海洋。
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1700042466 氯也是一种能产生剧烈反应的元素。它是一种绿色的气体,有剧毒,第一次世界大战中的化学毒气战中就出现过它的身影。(人们用氯化合物给游泳池消毒,氯能使人中毒也能消灭大多数细菌。)海水中的氯离子大多来自海底火山和排气孔洞,它们向海水中喷射大量的化学物质。在普通的海水中,氯离子和钠离子漂散在水中,它们既不和海水中的其他离子发生反应,相互之间也不结合。但是,海水蒸发时,离子的密度变大,带正电的钠离子吸引带负电的氯离子,两者结合在一起,形成晶状的氯化钠,通常我们称之为盐。
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1700042472 飞行中的科学 水,到处都是水
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1700042474 假如是远距离飞行,你也许会在水面之上飞行很长一段时间。地球表面百分之七十几的面积都被水覆盖,这占到了地球表面的三分之二还要多。从太空中看,地球最显著的特征就是水。这玩意让整个星球看起来都是蓝色的。以整数计算,地球上的水有14000000立方千米之多。这个量太大了,你或许难以对此产生确切的概念。1立方千米相当于1000000000000公升的水。(你想象一个水做的立方体,它的每条边的长度都是1千米。)
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1700042476 那么,为什么我们总是不断听人谈到水资源短缺呢?为什么非洲的很多地区会因为缺水而造成农作物歉收呢?将地球上的水按人头来算,我们每人分到的水量是0.2立方千米。说得更精确点,人均得水量是212100000000升。
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1700042478 如果将你分到的水装进1公升的容器中,这些容器堆起来差不多有10000000千米——这个高度是地球与月球之间距离的26倍。按照每人每天消耗5公升水的合理的标准来算,地球上的水能用116219178年。而且,这还是基于水消耗了就不会再回来的假定下。实际上,许多被我们“消耗”过的水很快就能循环回来,以后还能使用。
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1700042480 当然,现实情况远比我们刚才展示的要复杂得多。日常生活中,我们每天的用水量远不止5公升。一个普通的西方国家的居民每天会用5000至10000公升的水。我们用水洗澡——浇灌草坪或是冲厕所——不过现有最耗水的还是加工人类日常消费的商品和食物,它远远超过个人用水量。仅仅是生产1只汉堡的肉饼就要消耗3000公升水,而制造一罐一公斤咖啡的整个过程需用水20000公升。
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1700042482 尽管如此,即便每天人均用水10000公升,在没有任何形式水循环利用的前提下,我们拥有的水还是足够使用57000年。那么,水资源短缺又从何而来呢?虽然地球上水资源丰富,但是大部分的水很难为人类所用。有些水被冻结在冰川中或是蕴藏在地底,但是,到目前为止,大部分——占地球总储水量97%——的水都在海洋里,在你飞行的旅程中你将可能看到它们。
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1700042484 对于任何一个拥有海岸线的国家来说,获得海水并不难,不过想要利用它却是件很费钱的事。事实上,像英国这样的岛国宁愿花巨资修建水库收集淡水,却不用唾手可得、取之不尽的海水,这说明将海水转化为可饮用的淡水的海水淡化过程是多么昂贵。水资源短缺实际上就是能源短缺。如果有足够的廉价能源,我们就能将大量的水运送到适当的地方,用最少的成本将海水淡化。
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1700042486 当你飞越大西洋、太平洋或是类似的海洋时,你能直观地感受到地球的水资源是多么的丰富。飞机以每小时超过800千米(约500英里)的速度飞了一个又一个小时,而你目及之处都是海洋。不过海水并不是一成不变的。即便身处高空,你还是能看到白花花的浪头和海水变换丰富的色彩,从最明亮的蓝色过渡到绿色、灰色甚至黄色。大海无边无际,不过它们绝不是一片死气沉沉、单调无聊的水面。
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1700042492 飞行中的科学 不等人的时间和潮水
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1700042494 海洋对地球最大的影响之一就是潮汐。几千年以来,人们一直困惑于海平面一日两次的涨落,这究竟是什么原因造成的呢?受到地球绕着太阳转这种新鲜理念的启发,伽利略确信涨潮落潮是地球运动的产物。他认为在地球急速环绕轨道运动、同时自身也旋转的情况下,海水被推向一侧,就如同飞速行驶的汽车在转弯时,乘客也会被甩出去一样。伽利略将潮汐作为地球绕着太阳转的主要论据。不过这个论据也有一些小小的缺陷——按照伽利略的理论,每日只有一次潮水,而事实上却有两次。
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1700042496 一些与伽利略同时代的科学家猜测是月亮引发了潮汐,因为海水的涨落与天空中月亮的位置有着某种巧合。他们认为月光给水施加了某种神秘的影响。不过,有人提出在月亮被云层遮覆时,海水还是涨落如旧,因此,这种说法最终被淘汰了。如今,我们知道潮汐是由太阳和月亮的引力导致的。
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1700042498 受太阳的影响,地球上有了四季变换,不过这里我们先撇开太阳不说,月亮不知疲倦地影响着我们,地球上才出现了潮汐。试想一下,地球和月亮高悬于宇宙之中。地球的引力吸引着月亮,而月亮也同样牵扯着地球。离吸引你的物体越远,你所受到的引力就越微弱,因此,地球上靠近月亮近的地方受到月亮的引力就越强,反之,离月亮越远受到的引力则越弱。
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1700042500 这意味着,地球上面向月球的海水暴涨,朝天空中月亮的方向掀起高涌的潮头。而地球的另一侧,由于离月亮较远,海水受到月球的引力相对微弱,产生离心的趋势,因此在背向月球的海面也形成隆起的潮头。这些潮汐追随着天空中月亮的位置,横扫整个地球表面。
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