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第23章 重大发明、发现(12)

光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的,一般发生在湿度低、气温在24℃~32℃度的夏季晴天的中午或午后。汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮被排放到大气中后,在强烈的阳光紫外线照射下,会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后,会变得不稳定起来,原有的化学链遭到破坏,形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应,其产物为含剧毒的光化学烟雾。

洛杉矶在20世纪40年代就拥有250万辆汽车,每天大约消耗1100吨汽油,排出1000多吨碳氢化合物、300多吨氮氧化合物、700多吨一氧化碳。另外,还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放,这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空,无异于制造了一个毒烟雾工厂。

光化学烟雾可以说是工业发达、汽车拥挤的大城市的一个隐患。20世纪40年代之后,随着全球工业和汽车业的迅猛发展,光化学烟雾污染在世界各地不断出现,除了美国洛杉矶之外,日本的东京和大阪、英国伦敦、澳大利亚、德国等大城市及中国的北京、南宁、兰州均发生过光化学烟雾现象。

光化学烟雾的形成机理十分复杂,但其主要污染物来自汽车尾气。因此,尽量减少汽车废气的排放是当前一些国家和地区采取的共同措施。此外,各国还在改进汽车燃料、安装汽车排气系统催化装置、改善城市交通结构等方面做着积极的努力。从2000年起,洛杉矶已有50%的车辆使用甲醇或被改装成电动汽车,并重罚尾气污染。英国正严格限制汽油的含铅量,并在汽车上安装氮氧化物的催化转化装置;日本东京除发展地面电车和地下铁路等公共交通外,还重点对汽车排气进行控制;荷兰的海牙也采取了一些反污染措施,如行车以金字塔形划分:重型运输车只能在最外环行驶,越靠近市中心,车辆就越小。葡萄牙的里斯本、德国的柏林和荷兰的阿姆斯特丹,有轨电车和无轨电车正在代替汽油车和柴油车。

鉴于光化学烟雾的频繁发生及其造成危害巨大,如何控制它的形成已成为世人注目的研究课题。

知识链接

对于光化学烟雾污染,美国目前还无法防治,洛杉矶的居民仍深受其害。不过,世界卫生组织和一些发达国家现在已经把臭氧或光化学氧化剂在大气中的浓度,作为判断大气环境质量标准的一个指标,并根据它的变化向人们发出光化学烟雾的警报。可怕的“温室效应”

北方冬季天寒地冻,草木凋零,可在一间密闭的玻璃温室内,小气候却温暖如春,照样生长着瓜果蔬菜和草木花卉。这是因为玻璃有一种特殊的本领,它能让太阳辐射畅通无阻地进入温室,加热室内的地面和空气,却不让室内的热辐射跑到外面去。这样一来,温室的热量收入多,支出少,温度自然就比室外高了。这种现象就叫“温室效应”。事实上,我们的地球也是一个大“温室”,而且温室效应也非常明显。那么,地球上的温室效应是怎么产生的呢?

我们知道,太阳辐射有43%被地球表面吸收了。那么,地球每天都吸收这么多的能量,温度是不是要越来越高呢?我们人类还能不能生存下去?实际情况是:地球温度不会热得使我们生存不下去,也不会冷得把我们都冻成冰。这是因为地球吸收了太阳辐射的能量,同时它又通过地面辐射的形式,把所吸收的太阳辐射能量释放出去。这两者大致相等,因此又叫“收支平衡”。

夏天,我们站在太阳底下活动,会热得汗流浃背,而到了太阳下山,就感到凉快。我们感到的只是直接的太阳辐射,而对地球辐射却毫无感觉。原来,我们所感觉到的太阳辐射,与地表吸收的太阳辐射一样,主要是太阳辐射中能量较大的、波长较短的可见光辐射。而地球表面吸收太阳辐射后所释放出的辐射能量,却是另一种辐射,即一种波长较长、能量较低的辐射。地球保持辐射平衡时所需的平均温度比地面的实际平均温度低得多,在这样的温度下,辐射能主要集中在3~120微米的波长范围内。显然,地面辐射的波长比太阳辐射的波长要长得多,因此,常把太阳辐射称为短波辐射,把地面辐射称为长波辐射。

地球表面所吸收的太阳能,以长波辐射的形式释放出去。释放出去的这些能量又跑到哪儿去了呢?原来,大气中含有水汽以及少量的二氧化碳、甲烷、一氧化氮等温室气体。这些气体在吸收地面的长波辐射方面显得特别“能干”,它们几乎把8微米以下和12微米以上的长波辐射能量全部吸收了。

地面发出的长波辐射,被温室气体吸收后,又向四面八方发射出去,有的直接进入太空,有的仍射回地面。此外,大气中的云,既可吸收地面长波辐射,也可反射这种辐射。这些成分就像温室的玻璃窗那样,允许太阳辐射进来,但是,在相当程度上却能阻挡地面热辐射的散失,所以,人们形象地把它叫做“温室效应”。

亿万年来,地球一直受益于温室效应,因为温室效应创造了一个适宜生物栖息的环境。然而,自从工业革命以来,由于全球排放的温室气体骤增,气候专家预计2025年全球平均表面气温将上升1℃,到下世纪中叶将上升1.5℃~4.5℃。这个数字听起来好像不算多,甚至比白天和黑夜的温差还要小。然而,科学家宣称:一旦这种情况发生,我们现在赖以生存的许多土地都将变得不再适合居住,极地冰川融化导致海平面上升,将使许多海滨城市淹没在2米高的海水中。如果格陵兰岛冰原和南极洲部分冰原也发生融化,那么海平面将会升得更高。此外,地球上更多的土地将沦为沙漠。由于泥土中的湿气将被大量蒸发,美国西南部、中美洲、南美洲大部分地区、中国和澳大利亚等地都将会缺乏淡水。世界各地原来的沙漠将会疯狂向外扩张,撒哈拉沙漠将会向北方蔓延,并吞噬掉欧洲南部和中部。这时,地球上唯一还剩下足够淡水的地方,将是那些远离热带区域的高纬度地带。一位美国科学家预言称,如果地球将来只剩下少数几个地方适合人类居住,那么将绝对无法支持现在这样庞大的数十亿人口,所以人类将大批死亡,最后幸存下来的人类,将不会超过10亿人。

然而,还有一些科学家抱着乐观的观点,认为即使地球上许多地方都变成沙漠,剩下的可居住区和“生命绿洲”仍可以维持目前60多亿人口,甚至更多人口的生存。科学家预测,地球上到时可能有90亿人需要“拯救”,人类将根据地球资源情况来重新安置人口、大量移民,如今冰雪皑皑的南极洲西海岸将变成树木葱郁的“绿洲”,上面将建满摩天大楼,里面住着密密麻麻的人。不过,由于农田沦为沙漠、生物大量灭绝,未来的人类如何吃饱肚子,将成为一个最令人头疼的问题。由于淡水变得稀缺,所以食品生产流程必须更有效,庄稼生长周期必须更短,人类必须更多种植那些耐旱的庄稼,马铃薯也许会取代水稻,成为人类的主食之一。

科学家称,如果人类现在就采取行动,有效控制温室气体排放,还是可以防止地球陷入劫难般处境的。

知识链接

温室气体是指大气层中易吸收红外线的气体,含量不足1%。大气层中主要的温室气体包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟碳化合物及臭氧。大气层中的水汽虽然是引起天然温室效应的主要气体,但它在大气中的含量并不直接受人类活动所影响。危险的格陵兰“冰库”

格陵兰岛位于北美洲的东北部,在北冰洋和大西洋之间。近年来,地质学家们对格陵兰岛上发现的一些远古岩石化石进行了分析,发现格陵兰岛竟然形成于38亿年前,其前身是海底大陆。这一发现使得格陵兰岛一下子成为了世界上最古老的岛屿。另外,作为地球上最大的“冰库”之一,格陵兰岛还是气候变化的重要“指示器”,因此成了气候学家们优先研究的对象。

据记载,格陵兰岛的发现者是一名挪威海盗,叫“红脸”艾力克。他在当时已属挪威管辖的冰岛连续两次杀人之后,被驱逐出境。在无路可走的情况下,他只好把一家老小和所有的东西都装进一个无篷船里,怀着一线希望,硬着头皮往西划去。经过了一段相当艰苦的航行之后,他终于看到了一片陆地。“红脸”艾力克在那里住了3年,觉得那里是一块很好的土地,于是决定回冰岛去招募移民。为了使这个地方听起来更加具有吸引力,他起了一个好听的名字——格陵兰,意思是绿色的大地。其实,这个岛并不像它的名字那样充满着春意,那里气候严寒,冰雪茫茫,中部地区的最冷月平均温度为零下47℃,绝对最低温度达到零下70℃。

寒冷的环境使格陵兰岛成了一个冰雪覆盖的神话世界,它84%的面积被冰雪覆盖着。格陵兰岛的大陆冰川被称为冰盖,面积达180万平方公里,其冰层平均厚度达到2300米,与南极大陆冰盖的平均厚度差不多。格陵兰岛所含有的冰雪总量为300万立方公里。

在格陵兰岛那深广无边的白色寒冷世界里,降雪无法融化,于是年复一年地积累起来。新雪轻松柔软,每立方米重100公斤。实际上,新雪直接飘落冰面的机会并不多。由于常年狂风大作,六角形雪花在风中飞舞碰撞,渐渐磨去棱角,变成水泥粉一样的积雪,随风掉落在冰面,形成风积雪。风积雪的密度比新雪大,每立方米重400公斤。降雪一层覆盖一层,随着深度和压力的增加,新雪渐渐变成由细小雪晶粒组成的粒雪。到70~100米深时,雪晶体互相融合,雪晶体颗粒之间的空气被压缩成一个个独立的小气泡,变成白色的气泡冰,或称新冰,新冰的密度达到每立方米820公斤。当埋藏深度超过1200米时,巨大的压力使新冰中的气泡消失,气体分子进入冰晶格,细小的冰晶体迅速融合扩大成巨大的单晶,最大直径可达10厘米。它们最终形成蓝色的坚硬老冰,也叫做蓝冰。被覆盖在白色新雪、粒雪及新冰下面的蓝冰,构成大陆冰盖的主体。而且,越是深层的冰,形成的年代越古老。据估计,格陵兰冰原最深处冰层的年龄可以达到几十万甚至100万年以上。

2004年,科学家们在格陵兰冰原下面3200米深处钻出的冰核中,发现了一个冰冻在其中的200万年前的松针。这一发现立即引起了巨大的轰动,这意味着现在冰天雪地的格陵兰,过去很可能是一片覆盖着繁茂的森林的绿色岛屿。而在过去的几百万年间,地球一直在寒冷和温暖之间做周期性的交替变动,大概每10万年是一个周期,这便是目前全球气候变暖的原因之一。后来,科学家们还通过格陵兰冰核证实,这一地区的表面温度在10年时间内增加了9℃。

美国宇航局的一个实验室于2008年3月23日发布的研究结果说,最新卫星测量显示,从2002年到2006年,格陵兰岛每年损失150立方千米至250立方千米的冰。目前海平面每年上升3毫米,其中0.5毫米便是由格陵兰冰川融化引起的。如果格陵兰岛的冰全部融化,全球海平面将升高7米。对于人类来说,这将是一个灭顶之灾!据测算,海平面即便再上升1米,世界各地将近70%的海岸带,特别是广大低平的三角洲平原就将变成泽国,海水可入侵几十公里,甚至更远。许多世界名城,例如纽约、伦敦、阿姆斯特丹、威尼斯、悉尼、东京、里约热内卢、天津、上海、广州等都将被淹没。

全球气候变暖带来的海平面上升问题已经给人类敲响了警钟。如果我们立刻行动,减少温室气体的排放,全球变暖所带来的最坏影响是可以预防的。

学科展望

科学界和环保人士对全球海平面上升的速度并未取得共识。联合国气候变化专门委员会预测地球的海平面将于2100年前上升59厘米。然而,一名瑞典科学家指出,过去50年来,海洋水位只是按照自然规律时升时降,他预言海平面在21世纪内上升不会超过10厘米。

切尔诺贝利核泄漏事故

第二次世界大战中,美国在日本广岛、长崎两地投掷了两颗原子弹,迫使日本投降,为“二战”结束起了重要作用。战后,人们从原子弹的巨大威力中也得到启发,开始和平利用原子能,为人类谋幸福。但是,原子能进入人类生活后,类似广岛和长崎式的悲剧,犹如幽灵在人们身旁游荡。全世界曾发生过150多起核电站泄出放射性物质的事故,其中,苏联的切尔诺贝利核泄漏事故便是其中最为严重的一次。

切尔诺贝利核电站位于乌克兰北部,距首都基辅只有140公里,它是前苏联时期在乌克兰境内修建的第一座核电站。曾几何时,切尔诺贝利是苏联人民的骄傲,被认为是世界上最安全、最可靠的核电站。但1986年4月26日的一声巨响,彻底打破了这一神话。核电站的第4号核反应堆在进行半烘烤实验中突然发生失火,引起爆炸。据估算,这次核泄漏事故后产生的放射污染,相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍。

1986年4月28日上午,瑞典斯德哥尔摩以北150公里处福尔斯马尔克核电站的值班人员在退出管理区域时,大门监测器测出异常放射性,同时核电站周围地面也测出了污染。瑞典当局以为核电站发生泄漏事故,十分紧张,准备将600名职工撤离电站。接着,又发现瑞典东海岸一带广泛受到放射性污染。瑞典国立防卫研究所对空气中尘埃进行核素分析,测出碘-131、铯-137和钌-103等放射性核素,从而判明污染不是来自核试验,而是来自核电站事故。根据当天的风向和上空的气流,推测事故源可能在白俄罗斯、乌克兰一带。瑞典政府当即询问苏联政府,但没有得到答复。

1986年4月28日21时02分,苏联在国立电视台新闻节目中首次承认发生了事故。直到4月29日,苏联政府才通过塔斯社正式宣布:切尔诺贝利核电站4号堆发生堆芯爆炸事故,时间为4月26日凌晨1时23分。

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