第41章 地球科学(1)

　　为什么天空是蔚蓝色的

　　一场大雨过后，有时天空澄净得像一泓平静的湖水；雷鸣电闪一过，天空顿时异常湛蓝，令人心旷神怡。为什么晴朗的天空总是蔚蓝色的呢?而且越是晴朗，蓝得越澄澈。

　　难道天空中含有蓝色的气体?莫非说大气本身就是蓝色的?

　　为了解答这个问题，我们不妨做一个小实验：用一只长方形玻璃缸，里面盛大约2\/3的水，水里撒少许泥沙粉末，使溶液浑浊。然后把它放在窗前，选择一个晴朗的上午，大约七八点钟，阳光基本上平行地射向长方形玻璃缸的一端，光线通过浑浊的水，在另一端射出来。这时你会发现一个很有趣的现象：长玻璃缸中的水呈现出淡蓝色，而从另一端射出来的光线却呈浅红色和橙黄色。

　　玻璃缸中出现淡蓝色和蔚蓝色天空的道理是一样的。

　　我们知道，地球表面包围着一层空气。空气中含有许多微小的尘埃、冰晶、水滴等。当太阳光(看上去是束白光，实际上它是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等有色光线组成)通过空气时(就仿佛在小实验中太阳光线穿过浮有泥沙的玻璃水缸一样)，波长较长的红色光透射力最大(其次是橙、黄色光)，它能透过大气中的微粒射向地面；而波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒向四面八方散射开来，使天空呈现出蔚蓝色。

　　知识点：天空、散射、微粒

　　为什么天空中的云有各种不同的颜色

　　天上有各种不同颜色的云，有的洁白如絮，有的是乌黑的一块，有的是灰蒙蒙一片，有的发出红色和紫色的光彩。这不同颜色的云是出自大自然的手笔。

　　各种云体的厚薄相差很大，厚的可达七八千米，薄的只有几十米。有满布全天的层状云，孤立散处的积状云，还有波状云等许多种。很厚的层状云，或者雷雨时拥塞天空的积雨云，太阳和月亮的光线很难透射过来，云体看来就很黑；稍微薄一点的层状云和波状云，看来就是灰色的，特别是波状云，云块边缘部分，色彩更为灰白；而很薄的云，光线容易透过，特别是由冰晶组成的薄云，云丝在阳光下显得特别明亮，带有丝状光泽，即使天上有这种层状云，地面的物体在太阳和月亮光下仍然会映出影子。

　　孤立散处的积状云，由于云体比较厚实，它向阳的一面，光线几乎全部反射出来，因而看来是白色的；而背光的一面以及它的底部，光线就不容易透射过来，看起来比较灰黑。

　　当日出和日落的时候，由于太阳光线是斜射过来的，穿过很厚的大气层，空气的分子、水汽和杂质，使得光线的短波部分大量散射，而红、橙色的长波部分，却散射得不多，因而照射到大气下层时，长波光(其中特别是红光)占着绝对的多数，这时不仅日出、日落方向的天空是红色的，就连被它照亮的云层底部和边缘也变成红色了。

　　由于云体的组成有的是水滴，有的是冰晶，有的是两者混杂在一起的，因而日月光线通过时，还会造成各种美丽的光环或虹彩。

　　知识点：层状云、积状云、波状云、透射、光线

　　为什么我国北方的春天和秋天特别短

　　季节是根据气候冷暖和昼夜长短的变化而来的。谁都知道，春秋季气候温和，夏季炎热而冬季寒冷。如果把一年中每3个月定为1季，那么各季的日数大致相近，只不过相差一两天，这就没有季节长短的问题。

　　在10℃以下定为冬季，10-22℃之间定为春秋季，22℃以上定为夏季。根据这样的标准来划分季节，各地的四季长短就不相同了。

　　我国北方的春季是比较短的，一般不到2个月。例如北京春季是从4月1-5日到5月21-25日，沈阳从4月21-25日到6月10-14日，哈尔滨从4月26-30日到6月20-24日等，可见这一带，当拆了冬季需要的火炉之后，不久就要搭起夏季需要的凉棚了。

　　既然季节是按照温度来确定的，那么温度升降的快慢就可以决定季节的长短。在我国北方，冬季太阳辐射很弱，照射时间又短，并且经常有北方更冷的空气流来，温度很低。到了3月以后，由于太阳辐射进一步地加强和冷空气进一步地减弱，使得地面温度能够迅速升高。

　　在春季期间，这一带降水仍然是不多的，除有些日子起风外，多半是晴天，空气既干燥，太阳辐射又在继续加强，地面吸收的热量自然迅速增多，空气温度也跟着扶摇直上，经过不到两个月的春季就开始进入夏季了。例如北京5月平均温度已达到20．2℃，到了6月就升高到24．2℃了。所以北方春季一般都比较短。

　　同样道理，自7月最热时期过去以后，太阳辐射逐渐减弱，冷空气势力又在不断增强，于是温度逐步下降，以10月到11月下降的幅度最大。例如北京10月份平均温度为12．5℃，到11月就下降到4．0℃，已是寒冬季节了。

　　总的说来，我国北方春天和秋天特别短，主要是由于那里的纬度较高，冬季来得早、去得迟的缘故。因为在北半球中纬度地带冬季是比南半球长的。

　　知识点：纬度、季节、气候、温度

　　我国北方春天的风沙为什么特别大

　　我国的北方，一到了春天，阵阵的西北风常常吹得沙尘满天；使美好春光大为逊色。天空中的沙尘是从哪里来的呢?打开地图，我们就可以看到，在华北平原的西边，紧接着黄土高原，它的西北方又是著名的戈壁沙漠。黄土高原和沙的土质，都是质地疏松的沙土，这种沙土一旦被风吹刮，就会飞扬到空中。春天我国的北方经常刮着西北风，西北风来自西伯利亚，当它吹过戈壁沙漠和黄土高原后，就挟带着沙土南来，使华北平原沙尘满天。当然，由于春天正是华北雨少而风大的季节，也有一部分沙尘是当地或附近地区的松土被大风刮起而造成的。

　　其实不仅我国北方会刮风沙，在南方，有时候也会发生这样的天气，天色带着灰黄，太阳有些模糊，空中有一些黄沙落下来，使屋子里的桌子和椅子都蒙上了一层薄薄的、极细极细的沙尘。在这种天气里，如果你在外面走，回来看看衣帽，上面也蒙着一层细沙。

　　原来，这沙也同样来自北方的沙漠和黄土高原。西北风把一部分比较细的黄沙扰动后，带到了高空，使它随高空向南吹的风到了南方，由于到南方高空风势减弱了，黄沙缺少继续随风飞扬的能力，于是就降落了下来。

　　知识点：春季风沙、土质、黄沙、沙尘

　　为什么说“一场春雨一场暖”，

　　“一场秋雨一场寒”

　　对于江南地区来说，春天的天气发展趋势一般总是“一场春雨一场暖”的。春雨正是南方暖湿空气增强，并向北挺进所造成的。在春季，由于北半球太阳的照射逐渐增强，太平洋上的暖空气随着向西向北伸展。当暖空气向北挺进，并在北方冷空气边界滑升时就产生了雨。在滑升过程中，它同时将冷空气向北排挤。排挤结果，往往暖空气占领了原来被冷空气盘据的地面，因此在暖空气到来以前，这些地方往往先要下一场春雨。“一场春雨一场暖”的感觉就因为这个缘故。

　　在秋季，一股股的冷空气从西伯利亚和蒙古人民共和国南下进入我国大部分地区，当它和南方正在逐渐衰退的暖湿空气相遇后，形成了雨。一次次冷空气南下，常常造成一次次的降雨，并使当地的温度一次次降低。另外，这时太阳直射光线逐渐向南移动，照射在北半球的光和热一天天减少，这也有利于冷空气的增强和南下。几次冷空气南下后，当地的温度就显得很低了。因此，农谚有“一场秋雨一场寒，十场秋雨要穿棉”的说法，这比较确切地描述了从夏季过渡到冬季的天气变化趋势。

　　知识点：春雨、秋雨、空气、上升、日照

　　夏天为什么常常有雷阵雨

　　夏天的午后或傍晚，常常使人感到异常闷热，一会儿突然雷声隆隆，电光闪闪，大雨滂沱，天空像发了怒一样；可是，不久后，雷声远去，乌云消散，蓝天与白云相互衬托，显得十分宁静美丽，空气也分外新鲜，这就是我们在夏天常遇到的一种天气现象——雷阵雨。

　　雷阵雨是因为夏天的天气酷热，空气在局部地方出现强烈对流，使大量湿热空气猛烈地上升，造成积雨云所形成的。

　　夏天，在空气中有很多水汽，当地面在强烈的太阳照射下温度升高以后，空气就会向上抬升。水汽被强大的上升空气推送到1-2千米上空以后，就形成了大块的积云。空气继续上升，能使积云的云块不断加厚和扩大，变成了浓积云。这时如有适当的条件配合，浓积云就会继续向上发展，升到7-10千米以上的高空，形成了积雨云。当遇到了稳定的气层或向上伸展的力量不足时，云的顶部就会向四边扩展。在下雷阵雨前，我们常常看到天空中的乌云加厚和扩展得很快，只一会儿工夫就布满了整个天空。

　　由于产生积雨云的强烈的热力对流，只有在夏季才易于出现，所以雷阵雨也常常在夏季出现。又因为热力对流所造成的积雨云扰动很厉害，往往会发生闪电现象，而且其中上升气流时强时弱，一块积雨云过去后，另一块积雨云又移过来，所以雨量时大时小，变化很大，又是一阵阵的，所以称为雷阵雨。

　　在大陆上，正午以后，空气温度最高，这时上升运动也最强，所以雷雨多数发生在午后至傍晚这段时间里。

　　在海洋上，由于海水比热大，它吸收的太阳能量能向深层传递等原因，白天接近水面的空气温度不高，整个空气层十分稳定，不容易产生对流性雷雨；到了夜间，上层空气冷却，而下层空气在水面的影响下，温度明显地高于上层，于是空气变得不稳定，发生了对流，因而形成了雷雨。可见大陆上雷雨多半在白天，海洋上的雷雨多半在夜间。

　　知识点：雷阵雨、热对流、积雨云、酷热

　　雷雨前为什么天气很闷热

　　天气闷热会下雷雨吗?是的，多半是这样的。

　　盛夏，我国大部分地区常常下雷雨。因为下雷雨要有两个条件：一是地面上温度高，二是大气层里湿度大。地面上热了，靠近地面的空气，温度能升得很高，变得轻轻地浮向高空；但是单单热，空气很干燥的话，雷雨也不会发生的，只有当湿度大了，有潮湿的空气上升到了高空，才会形成雷雨云。天空里有了雷雨云，就可能有雷雨发生。

　　大气里温度高了，水汽多了，这时候地面上的水不易蒸发，人身上的汗也不容易干，我们就会感到十分闷热了。谁都有这样的经验，当我们在浴室里洗澡，感到又热又闷，这就是由于浴室里温度高、水汽多的缘故。所以闷热是大气里水汽多、温度高的表现，也就是雷雨发生的预兆。

　　但有时候虽然天气十分闷热，我们这里却落不下雷雨来。这是因为夏天雷雨的范围比较小，雷雨落在别处，而没有落到我们这里来的缘故。

　　知识点：地面温度、大气湿度

　　为什么说喜马拉雅山是

　　从古老的大海里升起来的

　　说喜马拉雅山是从古老的大海里升出来的，看起来这真是不可思议的事情，那披着冰雪的盔甲、威严的世界屋脊，怎么能和大海联系起来呢?

　　事情确是这样的。当我们攀上喜马拉雅山的陡峭的崖壁，或是在幽深的山谷里，仔细观察那里的岩层，就能找到许多古海洋动植物化石，包括三叶虫、笔石、腹足类、珊瑚、苔藓虫、海胆、海百合等这证明这儿曾是一片汪洋大海，喜马拉雅山是从古老的大海里涌现出来的。

　　那么，茫茫的一片古海，又怎么会摇身一变，成为世界上最雄伟的山脉呢?这是地壳上升的结果。在珠穆朗玛峰北坡海拔5700-5900米的地方，发现了生长在百万年前的高山栎和毡毛栎化石。这些植物现在仍生长在我国西南广大地区海拔2200-3000米的高度范围内。虽然百万年前的气候状况和这些植物的生长环境、高度与现在不完全相同，但是可以粗略估计，该地百万年来大约上升3000米，平均每1万年约上升30米。根据类似的资料推算，我国西藏定日县南某地在近20万年来上升了约500米，可见在这儿的地壳隆起多么强烈。喜马拉雅山从大海里升起来成为“世界屋脊”，现在还不断地上升着。只不过上升的速度不易被人们所觉察罢了。

　　知识点：地壳上升、喜马拉雅山、化石

　　为什么会火山喷发

　　火山喷发是地壳内的岩浆冲出地面时的现象。平时，岩浆被地壳紧紧包住。地球内部的温度很高，压力很大，岩浆要冲出去也是不容易的。在地壳结合得比较脆弱的部分，地下受到的压力比周围轻一些，这里的岩浆中的气体和水就有可能分离出来，使岩浆的活动力加强，推动岩浆冲出地面。当岩浆冲出地面时，本来约束在岩浆中的气体和水蒸气迅速分离出来，体积急遽膨胀，于是就发生了火山喷发。

　　火山喷发的强弱，与岩浆冲出来的通道是否畅通有很大关系。如果岩浆很稠很黏，有时还加上火山通道狭窄紧闭，这时就容易被堵塞，那么地下的岩浆要聚集很大很大的力量才能冲破它，如一场大爆炸。

　　火山总是分布在那些地壳运动比较强烈，而且比较薄弱的地方。这种地方不仅陆地上有，海里也有。海底的地壳很薄，一般只有几千米，有的地方还有切过地壳的裂缝。所以在海洋底部有不少火山。像在大西洋中部亚速尔群岛附近的卡别林尤什火山，它位于一条巨大的断裂带上，当它喷发时，从深邃的海洋底部涌出炽热的浪涛，使洋面沸腾了起来。人们在开始时还以为是一条大鲸喷出的水柱哩!它一直喷发了13个月，结果出现了一片好几百公顷的新陆地，同亚速尔群岛中的法雅尔岛连在一起。像这样的海底火山还很多。

　　火山喷发时会有岩浆冲出，那些岩浆活动能力还很强，能够不时喷发的火山，在地质学中称为“活火山”。如太平洋中的夏威夷群岛上的基拉维亚火山，千百年来熔浆总在不断地涌出。有些火山在喷发以后，需要经过相当时间在地下聚集起足够的岩浆才能再次喷发，当它暂时不活动的时候，称为“休眠火山”。像北美洲西部的喀斯喀特山脉中就有一些这样的火山。它们没有留下喷发的历史记载，但根据观察，还有活动的能力。不过，这类火山，有的也可能就此长眠下去。还有些火山由于形成时间很早，地下的岩浆已经冷凝，不再活动；或者地下虽然还存在着岩浆，但由于那里地壳坚硬厚实，其中的裂缝差不多都被过去挤入的岩浆凝结堵塞住，岩浆再也喷发不出来了。这些失去了活动能力的火山，称为“死火山”。例如，非洲坦桑尼亚边境上的乞力扎罗山，就是一座著名的死火山。从飞机上可以清楚地看到火山口内积着厚厚的白雪。

　　知识点：活火山、休眠火山、死火山、岩浆、压力、通道

　　为什么会发生地震

　　从地球的表面看来，似乎很平静。其实，完全不是这样，地震是经常都在发生的。就像刮风、下雨一样，是一种很普遍的自然现象。据科学家们用精确的仪器观测，地球上发一年中地震总数的99％人是感觉不到的；人们能感觉到的，不过l％，其中能造成破坏的约有1000次。

　　为什么地球上会常常发生地震呢?