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天道与人文 沙漠的魔鬼(25)
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古代亲身到过沙漠的人，如晋僧法显、唐僧玄奘，统把沙漠说得十分可怕，使人有深刻的印象。晋法显著《佛国记》云：“沙漠有很多恶鬼和火热的风，人一遇见就要死亡。沙漠是这样荒凉，空中看不见一只飞鸟，地上看不到一只走兽。举目远看尽是沙，弄得人认不出路，只是循着从前死人死马的骨头向前走。”(26)玄奘《大唐西域记》卷十二也说：“东行入大流沙，沙被风吹，永远流动着，过去人马走踏的脚印，不久就为沙所盖，所以人多迷路……而且时时听到有歌啸或号哭声音，使人惊恐迷惑，失掉方向。因此同行的人，常有疾病死亡，这是魔鬼在作怪。”(27)沙漠真像法显和玄奘所说的那样可怕吗？解放以来我们的地质部、石油部、中国科学院的工作人员已经好几次横穿新疆塔克拉玛干大戈壁，如入无人之境，这是何故呢？回答这一问题，我们要为法显、玄奘设身处境，才可了解他们那时沙漠里惊心动魄、鬼怪离奇的状况。试想法显出发时，有7个和尚结队同行，但走了不久，就有的不胜其苦，开了小差，有的病死在途，最后只留他一人。唐玄奘也是单枪匹马深入大戈壁，所谓孙行者、猪八戒、沙和尚等随从人员，那是《西游记》小说中的神话。那时，既无大队骆驼带了大量清水食品跟上来，更谈不到汽车和飞机来支援，所以《佛国记》和《西域记》所说的，确是那时旅行家脑筋里想象的状况。
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既然法显和玄奘是意志坚强、翔实可靠的，那么沙漠里真有魔鬼吗？回答是肯定的，同时也是否定的。肯定的是，因为在那时人们的知识水平看起来确像是有魔鬼在作怪；否定的是，人们掌握了自然规律以后，便可把这种光怪陆离的现象说清楚，一经道破，魔鬼便消灭了。光怪陆离的现象，在大戈壁夏天日中是常见的事。当人们旅行得渴不可耐的时候，忽然看见一个很大的湖，里面蓄着碧蓝的清水。看来并不很远，但当人们欢天喜地似的向湖面奔来的时候，这蔚蓝的湖却总是那么一个距离，所谓“可望而不可即”。阿拉伯人是对沙漠广有经验的民族，阿拉伯语文中称这一现象为“魔鬼的海”。这一魔鬼的法宝到了19世纪的初叶，方为法国数学家和水利工程师孟奇所戳穿。孟奇随拿破仑所领军队到埃及来和英国争夺殖民地，当时法国士兵在沙漠中见到这“魔鬼的海”极为惊奇，来请教孟奇。孟奇深深思考以后，便指出这是因为沙漠中地面被太阳晒得酷热，贴近地面一层空气温度就比上面一两米的温度高许多。这样由于光线折光和反射的影响，人们得到一个错觉，空中的乔木看来好像倒栽在地上；蔚蓝的天空，倒影在地上，便看成是汪洋万顷的湖面了。若是近地面的空气温度下面低而上层高，短距离内相差7℃—8℃，像平直的海边地区有时所遇见那样，那便可把地平线下寻常所见不到的岛屿、人物统统倒映到天空中，成为空中楼阁，又叫作海市蜃楼。中国向来形容这类现象为“光怪陆离”四个字，是确有道理的。
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在沙漠里边，不但光线会作怪，声音也会作怪。唐玄奘相信这是魔鬼在迷人，直到如今，住沙漠中的人们却也还有相信这样的。但2000年以前我们劳动人民却已从实践上道破这一秘密，称会发生声音的沙地为“鸣沙”。在现宁夏回族自治区中卫县靠黄河有一个地方名叫鸣沙山，恐即在今日沙坡头地方，中国科学院和铁道部等机关在此设有一个治沙站，站的后面便是腾格里沙漠。沙漠在此处已紧逼黄河河岸，沙高约100米，沙坡面南坐北，中呈凹形，有很多泉水涌出，此沙向来是人们崇拜的对象，“每逢端阳节，男男女女便在山上聚会，然后纷纷顺着山坡翻滚下来。这时候沙子便发生轰隆的巨响，像打雷一样”。两年前我和五六个同志曾经走到这鸣沙山顶上慢慢滚下来，果然听到隆隆之声，好像远处汽车在行走似的。其实，只要沙漠面部的沙子是细沙而干燥，含有大部分石英，被太阳晒得火热后，经风的吹拂或人马的走动，沙粒移动摩擦起来便会发出声音，这便是鸣沙。古人说“见怪不怪、其怪自败”，沙漠魔鬼的一个法宝从此又被人类的集体智慧所戳穿了。
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天道与人文 论南水北调(28)
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南水北调在我国是有充分的必要性，而且也是可能的。我们首先从必要性来说。大家知道，我国是世界上径流资源非常丰富的国家，年约27000多亿立方米，在世界各国中仅次于巴西及苏联而居世界第三位。但这样多的径流资源在我国地区上的分布是很不均匀的。长江流域及其以南地区耕地面积占全国耕地总面积的33％，而径流量却占全国径流总量的70％；华北与西北占全国耕地总面积的51％，而径流量只占全国径流总量的7％左右。水利资源的分布如此不平衡，就严重地影响到我国广大的干旱区与半干旱区的开发。我们知道，黄河流域和内蒙古、新疆都具有丰富的地下矿藏和很大的农牧业发展潜力，如能引长江所不急需之水以补益黄河，不仅可保证黄河中游的农田灌溉，而且将使具有优越梯级开发条件的黄河干流的发电量大大增加，从而使我国北方的工业动力问题得以满足，黄河远景规划中的航运条件得以提高和改善。又如我国的内蒙古草原地带，有广大而肥沃的土地资源，煤铁矿藏都很丰富，但由于水源缺乏，目前还只能以发展畜牧业为主。如果能引水灌入内蒙古草原，则将使我国这块广大地区变为粮食基地，并使牧场单位面积的养畜量大大增加，也能满足这里工矿业和城市的用水。我国广大的西北干旱区，虽然有高山冰雪融水可以引用，但为量有限，即使能充分利用，也不能解决全部可垦荒地变为农田的用水问题。更由于水土资源的分布不平衡，许多地区缺水情况更为严重，尤其是还要考虑到治沙任务，改造广大的沙漠与戈壁滩，将更加需要大量的水源，因此引用外来径流改造沙漠，是治沙任务中的主要措施之一。
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其次，南水北调虽有充分的必要性，但是否有可能性呢？过去在封建时代和半殖民地时期，要大规模地把南方的水引到北方干旱区域是不可能的。2000年以前汉朝有人曾建议汉帝从黄河河套依地势高下引水向东北经沙漠入海，终未见诸实行。从两汉到解放以前，也有不少人做南水北调的梦想，但都不可能成为事实。
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从西南高原或长江上游引水北来亦有相当条件的。我们知道，我国西南地区地势高峻，是我国许多主要河流的发源地，地表径流比较丰富。从这个地区的目前需要来看，用水量都不大，相形之下径流资源是较多的。由于各河上游地势均在二三千米以上，因而提供了向北引水的可能性。从黄河水利委员会的初步踏勘资料和水利科学研究院的初步分析资料中也可以看出，这种引水的可能性是有现实意义的。引水方案不仅是一条而且有很多条路线可供我们研究选择。将来通过我们的实际考察和深入研究后，还可提出更多的方案作比较。当然，这个任务的实现不是短时间的事，这是一项极为艰巨而繁重复杂的任务。因为引水地区如川西、滇北均是山高谷深，许多工程要在人烟稀少、地高天寒、交通困难的条件下进行。加之引水路线又处在地震强度很大的地带，许多地方受着山崩滑坍、泥石流的威胁，不但工程浩大，而且维持艰难。
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南水北调对我国南部地区是否会产生不利影响呢？我认为是受损不大、受益不小，江水北调后，长江流域的水力发电要受到损失，但长江上游的水减少后将会对其中下游产生良好的效果。一般的看法认为，中国南部地区降水较多，气候湿润，引水以后基本上不致影响航运和工农业的用水，并且可以减轻泛滥的威胁。至于三峡的发电量虽然受到影响，但这些水量引向北流将在引水河道的各个梯级上发电，可使电力在地区的分布上做到比较均匀，三峡水库的淹没损失也可大为减少。此外，川康山区少数民族地区，地上、地下资源丰富，对这些资源的开发也将创造良好的条件。当然，这个论点还需进一步研究。我们必须权衡利弊，定出一个既能照顾南部地区，也能解决北方干旱、半干旱地区的两利方案。
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在进行南水北调工作中，也将带动我国若干科学部门的迅速发展和成长。由于这一伟大工程的兴建，将涉及许多科学技术部门，许多复杂问题的解决都会促使该学科的发展，如地震的研究，防渗的研究，高坝建筑和高水头发电，人工河道的河床变形的研究，泥石流、滑坍的防止，大爆破的应用等一系列问题。同时南水北调涉及的流域很多，许多都是我们没有作过科学考察的地区。为了作好跨流域的规划，就需要对整个有关地区的自然资源情况进行深入的调查研究，这样也就会推动整个地学部门、生物学部门以及经济科学部门向前发展。此外，南水北调这一大规模改造自然工作完成后，将由于地面水分条件的变化而引起一系列自然条件的变化，如自然景观、水分循环（特别是小循环）、气候条件（特别是小气候）等，在这些变化中又将要求我们开展改造自然实施效应的研究，以便预测将来整个地区的变化情况。因此，南水北调这一伟大任务，在科学上也有它重大的意义。
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天道与人文 让海洋更好地为我们服务(29)
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我国虽是一个大陆的国家，但是历代以来我国的劳动人民对海洋事业有过不少的贡献。在春秋战国时代的齐国已号称为“渔盐之乡”，《禹贡》“海岱唯青州……厥贡盐，海物唯错”，对海洋中两个最重要的资源即鱼和盐已有很大的开发。魏晋六朝以后，我国与波斯、大食在海路上的往来已很频繁。到宋朝和元朝，海洋上的交通商业更有很大的发展，那时重要的海口有广州、泉州和明州等处，连印度和阿拉伯人要航海都必须乘坐我们中国的船舶。根据历史的记载，北宋时已在航海上运用指南针，并用绳索来测量海的深度，调查海底污泥的性质。北宋宣和初年（1119）朱彧所著《萍洲可谈》一书中说：“舟师夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”航行时以钩系长绳之端，时时取海底泥，以泥质推定位置，也知道下铅锤测水深浅。这类远洋航行，获得了不少海洋知识。苏东坡诗：“三时已断黄梅雨，万里初来舶棹风。”所谓舶棹风即是现在东南季风，可知当时的诗人已知道印度洋季风来往的时期了。至明朝永乐宣德年间（1405—1433）郑和奉使七次下西洋，最远到达非洲的马达加斯加岛，第一次所组织的船队即由大船48只组成，共有人员27000余名，其中最大的船长444尺，可容纳1000余人，无论从规模、设备、航程、远近来看，都为当时西洋各国所不及。从郑和的航行使我们得到不少关于当时南洋、西亚、东非一带的地理、生物知识，同时也熟悉了沿海地形和海底地形、海上风向的概况。那时我国在造船技术上亦有许多特创之处，已知把船体分段构成，如此，在航行时如船体的一部分触礁漏水，不致影响整体。这一方法到18世纪才由美国法兰克林（1706—1790）介绍到西洋航海业上。在宋、元迄明朝，我国可称为“海上的权威”，但至明朝中叶以后，执政者采取了闭关自守的政策，从此以后正如俗话所说的，人民只能“望洋兴叹”，我国的海洋事业形成了一蹶不振的局面。
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我国海洋资源的蕴藏量是十分丰富的，而且岛屿多、浅海多，大部终年不冻，又是寒暖流交汇地点，这是我国海洋的优点。世界大洋约占地球面积的71％，平均深度达3680米，其中77.1％都是3000米以上的深海，而在200米以内的浅海只有7.6％。太阳光是植物的重要生活条件之一，海洋的深度超过80米以上已很少光线了，因此在浅海里的生物资源要比深海里丰富得多。我国浅海面积约占全世界浅海面积的23％，居世界第一位。加上暖、寒洋流和江河带来的丰富养料，给予渔业的发展提供了良好的条件，目前全世界海洋一年水产总量约近3000万吨，而且西方诸国只知捕捉不加保护培养，许多重要的海洋动物如大西洋中的鲸类几已绝迹。去年我国水产部提出以养殖为前提的渔业政策，是非常正确的。循此方针加以努力，我国淡水和海洋水产年产量已居世界第三。解放以前我国每年须花外汇进口海带，但不出十年，在党的领导下，经科学工作人员的努力，我国不但能自给而且有余，今年尚要争取丰产。海洋不但生产动、植物资源，而且也蕴藏了大量矿产。最近在沿海各地，例如从杭州湾经苏北沿海到渤海，都发现天然气和油苗，很有找到海底油田的可能，如开发起来，在浅海区的条件就要比深海区优越得多。世界海洋的容积约为13亿立方公里，每立方公里海水中含矿物质：食盐4000万吨，氯化镁400万吨，氯化钙和硫酸钙250万吨，硫酸钾100万吨，此外还有40多种化学元素，我国在第二个五年计划期间海盐的年产量预期能达到4000万吨，这个数字对海洋说来只要一立方公里的海水，亦就是十三亿分之一，可见海洋资源的丰富了。
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航海在东方宋、元以来即甚发达，西方则自15世纪末新大陆发现后日臻兴盛，引起日后殖民主义的抬头，但海洋学作为一门科学还是比较近代的。18世纪中叶，俄国科学家罗蒙诺索夫曾提议帝俄科学院建立海洋航运研究所，未能见诸实行。到19世纪七八十年代英国汤姆生和茂雷乘旦兰求轮勘察大西洋和太平洋，俄国的马可洛夫乘勇士号轮勘察北冰洋和太平洋，统搜集不少材料，这可说是近代海洋学的萌芽。1920年以后采用声波测量海洋深度的方法发明后，大大改进了测量海深的方法，不久鱼群探测器亦随之发明。在1920年至1940年的20年间，苏联、挪威和美国建立了规模宏大的海洋研究机构，并先后派遣船只勘察海洋。巴巴宁的北冰洋远征队是为世所熟知的。在第二次世界大战期间，德国用潜水艇围攻英国，使英国不能从国外得到粮食和军用物资的补给，当时大西洋掀起了凶恶的战斗，1942年德国的潜水艇曾击沉英、美的船只625万吨之多，几使英国困居孤岛得不到外地的粮食供应、陷入瘫痪的境地。以后因英、美应用了雷达和声呐两种探测武器，才能克服德国潜艇战术。第二次世界大战以后，海洋物理学这一门科目和海洋生物学、海洋地质学、海洋化学就很快地建立起来。这昭示了海洋学不但对于经济建设能起重大作用，即在国防建设上也不可或缺。
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海洋学和气象学是姊妹科学，二者的关系是非常密切的。洋流和气流一样，它的原动力是两极和热带上温度的差别，洋流又直接受风的影响。同时海水吸收太阳辐射能力远大于空气，因之接近海洋的地方冬温而夏凉，具有所谓海洋气候。如西欧各国的纬度与我国东北地区及苏联西伯利亚滨海省相仿，而远较我国东北和西伯利亚气候为温暖，此即因受墨西哥暖流的影响。但暖流所带的热量可以每年变化不同，这样就影响到沿岸的气温变化。例如1932年起至1937年，墨西哥暖流的热量每平方厘米每年增加了2000卡路里，致使西欧各国沿海地区的年平均温度增加了2.5度，而使与赤道相近的低纬度地区的年平均温度有显著的下降。印度洋的洋流与我国夏季风有密切关系，因夏季风来自印度洋，从而影响到大陆的雨量。例如今年夏季，东亚季风特别强大，连甘肃、河西走廊、新疆等极为闭塞干旱的地区亦有较多的雨量。东亚夏季风风力的强弱、时间的迟早，影响到中国、印度、日本夏天雨量的多少和农产品的收成，而这夏季风都来自海洋中，因此为了要正确地长期预测大陆的天气变化，摸清海洋的情况是必要的一个条件。
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随着我国国民经济的发展，国防建设的需要，海洋工作的重要性已日益显著起来，国家科学技术委员会已把海洋的调查和开发列为重点任务，以便迅速开展对海洋的普查，有重点地开发海洋资源，综合利用海水。
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(1) 本文原题《中国过去在气象学上的成就》，系1951年4月16日中国气象学会第一次全体代表大会上的专题报告，刊载于《科学通报》1951年第2卷第6期。近现代部分已删节，编者改为今题。
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(2) 本文是根据香港《大公报》汇编的丛书《中国的世界第一》付印的。原书涉及各科学领域。其中作者有9篇短文，本集选入1篇。此据《竺可桢科普创作选集》，科学普及出版社1981年出版。
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(3) 本文选自《东南季风与中国雨量》，刊载于《中国现代科学论著丛刊》——气象学（1919—1949），科学出版社1954年版，有删节。
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(4) 本文原载于《东方杂志》，1926年第23卷第13期，有删节。
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