梅乐芝经理的科普文章（四）（1 / 2）

初夏，微风拂面，清爽宜人。山雨欲来风满楼，这时候风就较大，可以感受到风的力量。在沙尘暴肆虐的季节，吐鲁番的风飞沙走石，对人的生命构成巨大威胁。这时候风已经成为一种主宰力量。

风是空气流动的效果，从宜人的微风到暴虐的狂风，差别仅仅是空气流动的快慢。衡量快慢，我们引入速度这个指标，速度指标适合任意非静止物体，目前我们是描述空气流动的情况。速度就是一定时间内空气流动的距离。一般设为1秒，也可为1小时。如何体会速度快慢呢？人正常情况下的行走速度大约是1小时5公里，也就是1秒15米，写作15m/s。骑自行车大约是5m/s，跑得最快的人大约10m/s。电动自行车可达15m/s（危险！），长途汽车在高速路上25m/s以上，动车50m/s以上，客机250m/s，军用飞机可达1000m/s以上，航天火箭8000m/s。

描述风速通常用蒲福风级（beaufortscale），按强弱，将风力划为“0”至“12”，共13个等级。在20世纪50年代，风级扩展到17级，共18个等级。和我们日常熟悉的情况比较，可大致了解风级。5级风，风速大约是10m/s，和人极限快跑的速度差不多。10级风，速度大约是25m/s，和高速客车差不多。如果想要体验一下大风，高速公路上窗户开个小缝，用鼻子感受一下，就知道这个10级风的威力：人已经无法呼吸！早期的飞机没有密封舱，飞行员都是直接暴露在空气中，可以肯定，这种飞机的速度不如现代的高速客车。在陆地上很难感受到10级以上的大风。例外的情况是南极大陆，这里10级大风是很温和的情况。这里和其他地方不同，基本由冰覆盖，大陆中心地势高而冷，空气密度大，导致风是由中心向外吹，并且没有地形阻挠降低风速。极限情况超出了蒲福风级的最大值，有记录的最高风速是100m/s。

液体流动和气体流动有一定的相似性，地球上的液体主要是水（海水）。在海边可以观察海水的流动，平常速度很低，台风季节能看到海水的高速情况。但无法与空气的高速比较。但水的密度远远大于空气，因此破坏力也很大。一般主要考虑风的因素是因为风可以深入陆地，并且带来大雨，影响范围广。而海浪仅仅对海边有影响，除非出现大海啸，影响范围增加，破坏力巨大，也是必须提防的情况。一般天气预报对台风进行密切跟踪，预测破坏地区和力度，以做好防范准备。

在日常生活中，空气和水的流动效果表现为多种形式。观察小河，小河中的水看作水流，在河面宽广的区域，水流缓慢，在河面狭窄的地方，水流快速。这是什么原因呢？无论河面宽窄，河水不会消失，那么河水的出水量不会变化。比如说1秒出水1吨。那么宽河面处，水量大，只能流得慢些，不然河水供应不上。河面窄的地方，必须流的快些，不然水就溢出了。也就是说无论在河的那里，水的横截面*水的流速是固定不变的，这个就是河的出水量。实际生活中有大量类似情况。

思考：

使用管道煤气进行烹饪，在做饭高峰时期，比如晚饭，就发现煤气量很小，气量阀门即便开到最大，气量也小。比如半夜做个宵夜，打开煤气就发现气量很充足。将煤气使用情况和上述的河水流量对应起来。

夏天天热，空调使用很普遍。在最热的时期，会出现分片停电现象。在冬天需要供暖时期，也会出现。原因何在？

咸海，曾经是世界第四大湖泊。早在2000多年前，陈汤曾在附近斩杀匈奴郅支单于，并写下“宜悬头槁于蛮夷邸间，以示万里，明犯强汉者，虽远必诛”。咸海依赖阿姆河和锡尔河注入水，在两河改道灌溉农田后，开始萎缩。左右两图分别是1989年和2008年。与此类似的情况有，塔里木河及下游的罗布泊，黑河和下游的居延海，黄河及下游的海水倒灌。

杭州湾的钱塘江潮农历每月初一至初三、十五至十八出现，而农历八月十八因潮水最为壮观，观察地图，为什么在这里出现大潮。

现在城市的高楼大厦越来越多，经常可以见到街道两边高楼排成墙。整个城市平均风速比郊区小，但在这些墙之间经常有大风。

风经常会带起灰尘，当然在植被覆盖密集的地方没有这个问题。若风较大，小沙粒、石子都带得起来。同样水在流动时，也携带泥沙。这些携带了大量固态颗粒的流体，可极大地改变途径环境。

雅丹地貌，或称为风蚀脊（yardang）是典型的风蚀性地貌。“雅丹”在维吾尔语中的意思是“具有陡壁的小山包”。风带起的石粒，大粒的贴近地面，小粒的在空中，在石粒与山体碰撞中，山体下部往往遭受较强的剥蚀作用，并逐渐形成向里凹的形态。如果小山包上部的岩层比较松散，在重力作用下就容易垮塌形成陡壁，形成雅丹地貌，有些地貌外观如同古城堡，俗称魔鬼城。敦煌西北有雅丹国家地质公园，准噶尔盆地东部也有类似地貌。事实上，沙漠地区或多或少都存在雅丹地貌，只是特征明显与否。

水的密度比空气大得多，对周围环境的冲击更大，更易改变地貌。河道都是水自然冲击而成。水可以溶解气体，溶解某些气体后水具有一定的腐蚀能力，这也是改变地形地貌的巨大力量。

500万年以前，现在非洲和欧洲之间的地中海完全干涸，成为一片盐泽。而埃及的尼罗河依然奔腾，但曾经的海面消失了，河水流入一个巨大的盆地。河水切割曾经的海盆岩石，形成了1000多米深的河槽。当地中海又恢复与大西洋沟通时，这些河槽被泥沙填充。钻探石油发现了这个曾经的槽道，也进一步证明了地中海的历史。

瀑布是河流形成的壮观景象。像尼加拉瓜、伊瓜苏、维多利亚、安赫尔瀑布，都是著名大瀑布，但这些瀑布不能永远维持下去。刨去地质变迁因素，瀑布的落水冲击而下，对形成瀑布的断崖底部慢慢进行侵蚀，导致断崖逐渐后退。而水流本身又对崖口缓慢进行消减，瀑布的地形构造在缓慢消失。

喀斯特地形，是以斯洛文尼亚地名命名的。以石灰岩为主要构成。水溶解二氧化碳后，产生轻微的腐蚀性，尤其对石灰岩效果更明显。在水流过喀斯特地形区域后，逐渐腐蚀水流路径上的石灰岩。形成溶洞、地下暗河等景观。在中国，广西、贵州、云南、四川都大量分布这喀斯特地形区域。在这些区域都是著名的风景区。在地球形成早期，地表全是熔岩，石灰岩无法存在。目前的石灰岩都是生物的遗骸形成的。比如贝壳、珊瑚等。生物化石基本也以骨骼为主，其他组织分解太快，难以保持形成化石所需的时间之久。而骨骼含钙量高，可当半个岩石看待。我们的骨骼也含有大量钙，君不见补钙广告那么多吗？并且土法补钙就是喝骨头汤，体现吃啥补啥的朴素观点。

海洋中的珊瑚虫，骨骼主要成份为碳酸钙。大量骨骼聚集物就是我们古代所说的珊瑚，尤以红色为佳，还可入药。珊瑚虫的遗骸长期积累形成了大量的石灰岩。现代空气中二氧化碳含量增加，导致海水酸度增加，造成大量珊瑚虫死亡，表现为珊瑚白化。

思考：

火星上有过去大洪水流下的痕迹。而如今尚未在火星找到液体水，在大洪水过去如此长久，火星上的风还未能消除水流下的痕迹。有哪些可能的原因呢？

目前多数文明都有大洪水传说。在北美发现史前的一次超级大洪水遗迹（最近一次冰河末期），形成的痕迹和火星大洪水的很类似。但这个只证明北美发生了。其他地区的大洪水如果存在的话，痕迹呢？

雅鲁藏布大峡谷和科罗拉多大峡谷，都是世界上壮观的峡谷。河流经过长时间冲刷，造就了这样地质奇观。那么这些峡谷最深可达到什么程度呢？

近年来沙尘暴在中国经常出现，遮天蔽日。但都是地球局部情况。历史上美国上世纪三十年代出现过黑风暴，上世纪六十年代苏联时期蒙古西部也出现过。原因都是草原被破坏，在风的作用下，土壤不同细粒按照大小不同分布在空中不同高度，被吹到其他地区。其中的细微粒（微米级别）可以上升到平流层（黄土高原就是风吹来蒙古高原上的细土堆积而成）。上世纪海湾战争后科威特的油井被点燃，燃烧的黑烟微粒进入平流层蔓延至北美。几年前冰岛火山喷发，大量火山尘进入平流层，导致欧洲航班停飞。在地球历史上出现过多次全球沙尘暴，是由小行星撞地球或大规模火山造成。最近一次是6000万年前，促使了恐龙的灭绝，为我们登场提供了空间。人类的活动加速了地球的物种毁灭因素，消除了生物生存空间。是否补偿物种创造因素？转基因算不算呢？切诺贝利遗迹？

地球是自西向东自转，对海洋和大气带来影响。从太阳到木星，自转都给星球表面带来固定方式的影响，这是宇宙的普遍现象。最容易观察到自转情况就是太阳黑子和木星大红斑在星球表面的移动。

海水和大气，受自转影响

（本章未完，请翻页），在北半球和南半球表现出不同的效果，整体上按照赤道对称，陆地的影响，改变了一些细节。在赤道附近，海水流动形成的洋流是自东向西。遇到陆地后向高纬度地区流动，最后形成环流。整体上北半球是顺时针环流，南半球是逆时针环流。

为什么一定是这样的效果，而不是相反的结果。地球自转一周，在赤道上某点移动的距离为赤道的周长。在北半球上某点，假设为北纬60度的某一点，移动了多长的距离呢？如图41示，从北极上空看地球，可以很明显地看到，北纬60度上点在地球自转一周时，移动了一个圆，但这个圆的直径是赤道圆的一半。那么移动距离就为为赤道上的一半。地球自转一周24小时，赤道上点移动到距离最大，越离开赤道，移动距离就越短。北纬60度移动距离是赤道的一半。而北极点则完全不移动。距离除以时间就是速度，将这些值换算为速度可以很明确地知道不同纬度的移动速度。

假设赤道的速度为1，则北纬60度的速度为05。如图42示，赤道上有两点，四角星点和五角星点，北纬60度上有一点，标为四角星点。地球自转了25小时。则赤道和北纬60度的四角星点移动如图所示。把赤道上的五角星点移动到北纬60度上，速度依然为1，则五角星点在北纬60度上移动的距离就是北纬60度四角星点移动距离2倍。如果地球不自转，赤道的五角星点向北极移动到北纬60度后和本地四角星点重合，但由于自转，五角星点跑到四角星点前面了。从直观的角度看，就是五角星移动的路线向右偏转了。

同样，北纬60度的点移到赤道，则落后于地球不自转时本身应达到地点。同样是路线向右偏转。当赤道点向南极移动时，则路线向左偏转。总结一下就是：在北半球，任何物体移动，由于地球自转的影响，其路径都向右偏移。在南半球，任何物体移动，路线向左偏移。注意：当移动方向是某个特定方向时，这个规律失效。闭上眼睛，思考一下这个方向指向何处？

回到地球的洋流，地球洋流由于受地形影响，被迫向两极移动，在北半球部分自然就形成了顺时针环流，南半球则为逆时针环流。如果没有地形影响，那么洋流就一直绕自转轴环流。南极洲北部的海域没有任何大陆阻隔，形成了西方漂流。在地球局部，由于海水密度不同、洋流补偿等因素，会导致其他方式的局部洋流。同样在太阳和木星表面上，不存在大陆问题，都是气流，因此全是绕自转轴环行的。右图可清晰看到木星的环流，不同的纬度形成不同颜色和结构的环流层，全部逆自转方向移动。观察太阳的环流是依靠太阳黑子的移动，不如木星清晰明了。

大气在不同纬度的移动路径，和洋流类似。但大气还存在强烈的上下对流，形成与洋流截然不同的大气环流。这对调节地球气候至关重要。在公元1世纪开始的海上贸易，从中国到阿拉伯地区，就是利用从赤道到北纬30区域的季风进行。每隔半年季风转向，使得货船来回都节省时间。由于季风准时，称之为信风，又名贸易风。仔细观察可发现，季风的路径同样满足洋流的规律。现在把这种自转带来的偏移力称为科里奥利力，一个意大利人的名字。注意，第一：不是饼干。第二：这个力不是真正存在的，只是等效出来的。

思考：

厨房的排水孔，在排水时经常形成旋涡结构，这个旋涡是左旋？右旋？或都有可能？这里能用科里奥利力解释吗？

飓风，带有强烈破坏作用的热带气旋。中心气压低，周围的气流补充进来，使用科里奥利力分析，北半球的气旋旋转方向是顺时针？还是逆时针？天气预报出现卫星云图，若有气旋，根据形状，马上就可以判断出发生在北半球或南半球。

在北半球的夏天，热带上升的暖气流向南北方向漂流，到在北纬30附近下降，形成多个高气压包，持续范围3000公里以上，那么此气包的旋转方向应该是什么？这个会是季风形成的原因吗？

观察地球，发现北纬30区域，沙漠密集。但中国长江流域却是粮仓。美国中南、东南部由于墨西哥湾和大西洋供湿才免遭涂炭。若无青藏高原，沙漠会延伸到哪里？