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第2章 趣味篇(1)

1.江河里的水是从哪儿来的

唐代大诗人李白曾经有这样一句诗:“君不见,黄河之水天上来。”河流的水是不是从天上来的呢?河流补给有雨水、冰雪融水、湖水、沼泽水和地下水等多种形式,但最终的来源是降水。多数河流都不是由单纯一种形式补给,而是多种形式的混合补给。

河流的水量补给其中最为重要的来源是江河流域的降水。下雨就是我们经常见到的降水形式。雨水补给是世界上许多河流水量的最主要的补给方式。下雨之后,除了一部分水渗入地下外,其他大量的雨水都顺着地面一直流向低处的水沟,水沟又流向小河,小河中的水最后又汇入大江大河。河流的水量会因降水的变化而增减。所以,靠雨水补给的河流,就常会出现小雨小涨、大雨大涨以及暴雨猛涨的情况。处于我国东部地区的季风区河流,以及世界上的各个大江大河,它们的水量都是以雨水补给为主要来源的。由于我国夏季多雨,因此东部地区河流就容易形成洪水。

河流水量补给的另一种主要来源是地下水补给。地下水是在降雨的时候渗透到地下并在地下储水层储存起来的水。地下水包括地面以下储藏于岩石以及松散堆积物的各个孔隙、裂隙和溶洞中的各种水。地下水补给又可以分为浅层补给以及深层补给。浅层地下水补给一般是指河岸两侧冲积层中的松散堆积物的孔隙以及裂隙中蓄积的各种地下水,等储存到一定程度便渗出来流入河道中以补给河流水量的一种补给方式,如山涧的小溪。深层地下水补给通常是指渗入地下深处以及长期蓄积起来的地下水通过慢慢流出来以补给河流水量的一种方式。深层地下水的形成以及埋藏条件,使它成为河流最稳定最基本的水量补给来源。因为冬季雨水相当少,我国河流几乎全都依靠地下水补给。

河流水量补给的另一重要来源是冰雪融水补给。冰雪融水包括季节性积雪融水以及冰川融水。在我国北方地区,冬季白雪皑皑,大地到处一片“银装素裹”。而当春季来临时气候开始转暖,积雪则开始融化成水,然后流入江河,从而使水量大增。例如松花江、辽河、黄河流域,就属于冰雪融水补给的河流。但是,积雪融水补给容易引起河水陡涨从而形成春汛或凌汛。河流一旦有积冰,春季解冻以后,冰块有的还会在狭窄河道或是在河湾处形成堵塞,从而抬高上游水位,我们称之为凌汛,这样就很容易形成水灾。在我国西部一些地区,耸立着相当多的高山,并且在这些高山或高纬度地区也有许多永久不化的积雪或冰川,随着气候逐渐转冷则开始蓄积冰雪,随着气温转暖则融化冰雪。一般这些冰雪融水都是旁边干旱或半干旱地区和一些湿润地区河流水量补给的重要来源之一,例如我国西北的塔里木河、祁连山的黑河还有昌马河等干旱地区河流的主要水量补给就是靠高山冰雪融化成水。长江以及黄河等发源于高山高原地区的这些河流的夏季水源,也有些是靠冰雪融水补给。

另外,湖泊、沼泽的蓄水对于河流水量的补给也是某些河流的水量来源之一。一般位于山地之间的湖泊,常可以成为河流的源头,例如长白山天池对于松花江的水量补给。有的湖泊就像中转站,聚集若干条河流的来水,然后又流出补给干流,例如:洞庭湖、湘江以及资水、沅江和澧水用以补水给长江;博斯腾湖纳开都河等各条河流之水用以补给孔雀河,而鄂陵湖对黄河上游有着补充调节作用等。江水滚滚,河流奔腾,它的水量来源主要是来自于雨水补给、地下水补给以及冰雪融水补给和湖泊水补给等各种形式。河流依靠这些不同方法的水量补给,日夜奔流不息。

但是,不同地区的河流、同一地区的不同河流和同一河流在不同季节的主要补给形式和补给数量各不相同。在高山和高原地带,河流水源还具有明显的地带性。在中国新疆的高山地带,河流以冰雪融水补给为主;而低山地带,则以雨水补给为主。

江河季节性定期涨水现象称为汛。汛期是指江河中由于流域内季节性降水、融冰、化雪,引起定时性水位上涨的时期。由于地理位置、天气系统等差异,我国七大江河的汛期早晚不一。即使是同一河流各年也有早有迟。在我国,南方入汛时间较早,结束时间较晚;而北方入汛时间较晚,结束时间较早。

我国有四汛,即春汛、伏汛(夏汛)、秋汛、凌汛。其中,伏汛和秋汛最大,通常所说的汛期主要指这两个时期。我国汛期主要是由于夏季暴雨和秋季连绵阴雨而造成的。从全国来讲,汛期的起止时间不一样,主要由各地区的气候和降水情况决定。每年的五月至九月份,江淮流域降雨明显比其他月份多,习惯上把这一段时间称为汛期。汛期是一年中降水量最大的时期,容易引起洪涝灾害,因此应有针对性的做好防汛工作。

2.为什么天空是蓝色的

我们看到的天空,经常是蔚蓝色的,特别是一场大雨之后,天空更是幽蓝得像一泓秋水,令人心旷神怡。天空为什么是蔚蓝色的呢?

大气本身是无色的。天空的蓝色是大气分子、冰晶、水滴等和阳光共同创作的图景。当太阳光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中,红光波长最长,紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大,大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面;而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射。以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425微米)和红光(波长为0.650微米)为例,当光穿过大气层时,被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天天空是蔚蓝的。但是,当空中有雾或薄云存在时,因为水滴的直径比可见光波长得多,选择性散射的效应不再存在,不同波长的光将一视同仁地被散射,所以天空呈现白茫茫的颜色。当大雨过后,你是否注意过天会更蓝,越是晴朗的天气,天越蓝,这是因为这样的天气里,空气中的尘粒、水滴、冰晶的数量会更多。

如果阳光从天空照射下来,它就会连续不断地碰到某些障碍——即使没有下雨。因为光所必须穿透的空气并不是空的,它由很多很多微小的微粒组成。其中的99%不是氮气便是氧气,其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒,我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时,散射强度和波长的4次方成反比,不同波长的光被散射的比例不同,此亦称为选择性散射。

如果说短波长的光散射得更强,你一定会问为什么天空不是紫色的?其中一个原因就是在太阳光透过大气层时,空气分子对紫色光的吸收比较强,所以我们所观测到的太阳光中的紫色光较少,但并不是绝对没有,在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼中,有3种类型的接收器,分别称之为红、绿和蓝锥体,它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时,视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色,也就是我们所看到物体的颜色。事实上,红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反应,红锥体、绿锥体同时接受到阳光的刺激,此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强,最后它们联合的结果是蓝色的,而不是紫色的。

如果要看见这种白色的、未经散射的、笔直向你落下来的光,你就得直接朝着太阳看去。但是,你千万别这样做,因为直接照射的阳光很强烈,也很危险,它会在瞬间严重灼伤你的眼睛,如果你看久了,它会使你双目失明。

3.为什么太阳总是从东边升起来

我们每天清晨起来都看到太阳从东边升起来,有没有突发奇想过,为什么太阳不从西边或是南边、北边升起来呢?这就得考虑地球的运动方式了。地球自身是自西向东、呈逆时针方向(从北极上空观察)旋转运动的。同时,地球也是自西向东围绕太阳公转。正是因为地球绕着太阳在自西向东地自转,总是从地球东部先看到太阳,所以人们感觉到太阳是从东边升起的。由于地球自转和太阳的照射,地球上出现昼夜更替的现象。为了说明这种现象,把地球上昼、夜半球的分界线称为晨昏线,它是太阳光线与地球切点的连线。科学书籍中谈到在同一时间里,太阳只能照亮地球表面的一半。

我们知道,太阳系里几乎所有天体(包括小行星)都在自转,而且都是按照自西向东方向旋转的。这是为什么呢?太阳系的前身是一团密云,受某种力量驱使,使它彼此相吸。原始太阳星云中的质点最初处在混沌状,横冲直撞,逐渐把无序状态变成有序状态,渐渐地向心吸积聚变为太阳,另外,就使得这团气体逐渐向扁平状发展。在发展的过程中,势能变成动能,最终整个转起来。我们知道物体转动需要能量,地球自转的能量来源就是由物质势能转化成的动能,最终结果是地球一边公转一边自转。地球自转方向与公转相同,为自西向东。从北极上空观察呈逆时针方向旋转,从南极上空观察呈顺时针方向旋转。

地球每天都在自转,所以我们每天都可以看到初升的太阳,每天都看到太阳从东边升起。

4.天上怎么会下雨

在蓝蓝的天空中,飘着朵朵白云,可你知道那些云里是什么吗?每当乌云密布的时候,我们就知道要下雨了。难道云层里是雨?可是雨怎么会在云层里呢?

在太阳能和地球表面热能的作用下,地球上的水不断蒸发成为水蒸气,进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水,在重力的作用下,以降水的形式落到地面。其实云是水蒸气结聚起来的。地面、河流、池塘、海洋、湖泊的水,在受到阳光照射以后,也会变成水蒸气;而水蒸气遇到冷空气又会变成原来的水滴。细小的水滴越积越多,就变成云。云越变越大,因为太重了,便慢慢地下降。这些小水滴都很小,直径只有0.01毫米~0.02毫米,最大的也只有0.2毫米。这些小水滴要变成雨滴降到地面的话,它的体积大约要增大100多万倍。那么这些小水滴是怎样使自己的体积增长到100多万倍的呢?

它主要依靠两种方法:其一是凝结和凝华增大。其二是依靠云滴的碰撞并增大。在雨滴形成的初期,云滴主要依靠不断吸收云体四周的水汽来使自己凝结和凝华,使自己的体积越来越大。如果云体内的水汽能源源不断得到供应和补充,使云滴表面经常处于过饱和状态,那么,这种凝结过程将会继续下去,使云滴不断增大,成为雨滴。但有时云内的水汽含量有限,在同一块云里,水汽往往供不应求,这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴,有些较小的云滴只好归并到较大的云滴中去。如果云内出现水滴和冰晶共存的情况,那么,这种凝结和凝华增大过程将大大加快。当云中的云滴增大到一定程度时,由于大云滴的体积和重量不断增加,它们在下降过程中不仅能赶上那些速度较慢的小云滴,而且还会“吞并”更多的小云滴而使自己壮大起来。当大云滴越积越大,最后大到空气再也托不住它时,便从云中直落到地面,成为我们常见的雨水。

我们知道,越高的地方,空气越冷,所以聚在那里的水滴会变成冰粒。冬天天气很冷,这些水滴变成的冰粒又会变成雪落到地面上。下雪的时候,如果中途遇到温暖的空气,雪就会融化而变成雨落下来。而离地面比较近的云,也会变成雨落下来。

自然因素主要有气象条件(大气环流、风向、风速、温度、湿度等)和地理条件(地形、地质、土壤、植被等)。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。

人类活动不断改变着自然环境,越来越强烈地影响水循环的过程。人类构筑水库,开凿运河、渠道、河网以及大量开发利用地下水等,改变了水的原来径流路线,引起水的分布和水的运动状况的变化。农业的发展,森林的破坏,引起蒸发、径流、下渗等过程的变化。城市和工矿区的大气污染和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。

总的来说,形成降雨的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性,外因是太阳辐射和重力作用,为水循环提供了水的物理状态变化和运动的能量。地球上的水分布广泛,贮量巨大,是水循环的物质基础。由于地球上太阳辐射的强度不均匀,不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区太阳辐射强度大,降水量一般比中纬地区多,尤其比高纬地区多。

5.太阳离我们有多远

太阳离地球有1.5亿千米,用30万千米1秒的光速计算,从太阳到地球,需要8分20秒的时间。而且地球还围绕太阳公转,受到这些因素的影响,太阳与我们的距离就有些差别,光线到达地球具体的地方和时间也就不一样了。

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