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第4章 自然科学与地理(4)

煤又称“黑金”、“工业的血液”,是人类早期的重要能源,当时由于没有掌握煤层埋藏规律,采煤工作还存在很大的盲目性,这一情况引起了史密斯的注意。于是,他在参加英国南部的一个煤矿区的测量工作时,便利用测量的机会,仔细地观察煤层的分布特点和指示煤层埋藏的标志,经过反复实践和研究,他终于找到当地煤层分布的规律。他发现,煤层往往和含有植物化石的地层在一起,所以,可以把植物化石作为寻找煤矿的标志;他还进一步发现,当地的煤层,埋藏在一层不含化石的红土层下面,而红土层又埋藏在一层含有丰富的贝壳类化石的沙土层之下。也就是说,找到这层沙土层,只要往下挖透红土层便能找到煤矿。史密斯把自己的这个发现告诉了矿工们,果然使挖煤工作的把握性提高了,而史密斯自己也增加了钻研地质学的兴趣。

不久,史密斯由于刻苦努力被提升为一名正式测量员,并参加运河开凿的测量工作。在开凿运河过程中,他们挖掘出了许多菊石、贝壳及其他化石。由于有上次找煤矿的经验,经过一番整理,史密斯很快就认识到某些种类的化石只与某种地层有关的规律。

通过多年的地质实践活动,史密斯积累了大量的第一手资料。他终于完成了世界上第一张最系统的地层表《英国沉积地层表》,还编制了世界上第一幅地质图,并著有《根据有机体化石所鉴定的地层》一书。在这本书中,他明确指出:“一切地层都是在海底沉积的,每一层都含有它形成时期的海生动物遗体,因此每一层都含它特有的化石;在大多数情况下,根据这些化石,就能确定不同地点的地层是在同一时期形成的问题。”

正是由于史密斯的这些贡献,他被英国地质学界尊崇为“英国地质学之父”。从史密斯发现的秘密中,揭示了地理学中的三个问题。

一、煤确实是古代植物被埋在地下形成的。史密斯发现有煤的地层都有植物化石,他把寻找植物化石作为寻找煤矿的标志。这一发现,提高了挖煤工作的把握性。

二、地层是沉积的。每一地层都含有它形成期间的生物化石,而且还能根据化石确定不同地点的地层是在同时期形成的问题。

三、地壳在形成过程中是经过海陆变迁的。史密斯发现,当地煤层上面是一层不含化石的红土层,而红土层之上又是一层富含贝壳类化石的沙土层,这样的地层顺序说明煤是陆地植物被埋在地下形成的。陆地植物被埋在地下,先接受陆地沉积,形成一层没有生物化石的红土层,然后陆地凹陷形成海洋环境,接受海洋沉积,形成一层含贝壳类化石的沙土层,后来又抬升成陆。

史密斯的发现,给我们以深刻的启示。这就是真理就在你的身边,只有善观察、勤思考,积极探索的人,才能最终发现真理。

徐霞客勇探麻叶洞1586年,徐霞客出生于江苏省江阴县一个风景秀丽的村庄。他从小就爱看记载天文地理、名山大川的书籍。22岁那年,他告别家人,外出游览祖国山水,探索自然奥秘。他的足迹遍布我国华北、华东、华南和西南,尤其是他晚年到大西南的探索,更富有冒险性。

1637年正月,徐霞客到了湖南衡阳,在准备游览湖南茶陵麻叶洞时,当地老百姓告诉他:“麻叶洞里有神龙虎怪,从来没人敢进去。”徐霞客听到这个情况,不但没有被吓住,反而非常高兴,他向来喜欢搜寻奇险美景,于是决定做麻叶洞的第一个探索者。徐霞客想找个向导带路,却没人敢冒险。人们劝他:“实话告诉你,洞里确有神龙虎怪,没有法术万万进不得。”徐霞客没有理睬这套迷信说法,他出高价找到一个向导,可是正当准备进洞的时候,向导听说徐霞客是个读书人,并不懂法术。吓得他连声说:“好家伙!我还以为你是法师,才敢给你领路,你既不是法师,我这条命可赔不起,”说罢,转身就走了。

徐霞客见没人敢领路,便把行李存在村里,自己和仆人一道举着火把进洞探险去了。这时候,村里的许多老百姓都围在洞口,想看看妖魔怎样把这个不怕死的人吃掉。徐霞客走进洞中,仔细查看了洞穴的结构,并没有发现什么妖魔鬼怪。当他安全地走出洞口的时候,火把也烧完了。那些围在洞口的老百姓都惊喜地说:“我们见你好久没出来,还以为是被妖怪吃掉了呢。”

徐霞客告诉老百姓,洞里没有妖魔,而是各种各样的石灰岩地形,有石钟乳、石笋、石柱等。南方气候潮湿,石灰岩接触或渗进了含有二氧化碳的水,就会发生化学反应,引起石灰岩溶解。经过漫长的地质年代,石灰岩被塑造成千姿百态的峰林、洞穴、洼地等。地理学上对此有个统一名称,叫喀斯特地貌(旧称岩溶地貌)。当地老百姓看到这千姿百态的地形变化,还以为有什么妖魔法术。徐霞客以亲身的实践和科学的道理,解开了当地人心中的疑团。

徐霞客对我国西南地区石灰岩地貌的考察和研究,是他在地理学上的最大贡献。他的研究成果《徐霞客游记》,至今是我国17世纪地理学上最卓越的成就。他比欧洲最早描述和考察石灰岩地貌的爱士培尔要早150年,比欧洲最早对石灰岩地貌进行系统分类的罗曼要早200多年。因此,徐霞客被今天的地理学家一致公认为是我国乃至全世界最早研究岩溶地貌的伟大先驱者,他的《徐霞客游记》也被推崇为世界最早的有关岩溶地貌研究的宝贵文献。

震撼世界的核爆炸1945年7月16日清晨5时24分,在美国新墨西哥州沙漠,一声轰天巨响,伴随着一个耀眼的火球,瞬间照亮了方圆几十平方公里的广阔地域。人类第一颗原子弹试爆成功,它标志着人类的军事对抗进入了更高一级的恐怖阶段,而且,这种杀伤力巨大的原子武器在短短的20余天中两次直接用于战争。

1945年8月6日,对广岛的市民来说,只是一个和昨天一样平淡的日子。清晨风和日丽,街上到处残留着被轰炸后的断墙残壁,粮食供应和食品的极度匮乏,使人们心情沉重,艰难地咀嚼着战争的苦果。对广岛人和世界上绝大多数人来说,谁也没有预料到作为战争武器的第一颗原子弹会从天而降在广岛。

7时许,有3架美军B29轰炸机飞临广岛上空盘旋。虽然防空警报声刺人心扉,但大多数广岛人对此已司空见惯,并不紧张。B29轰炸机并未投弹,不一会儿就飞离了。

8时许,又有2架B29轰炸机飞临广岛上空,防空警报再次响彻市区,许多市民对于飞机的到来已经漠然了。8时15分,一顶降落伞吊着一个长3米,直径70厘米,重4吨的巨型炸弹从8公里高空向广岛市中心俯冲而下。43秒钟后,一个巨大的火球出现了,旋即是比太阳光还要亮1万倍的强烈的白色闪光,紧接着一声惊天动地的震荡,一朵深褐色的巨大的蘑菇云陡然升起,直冲云霄。

人类第一颗用于战争的原子弹以它2万吨TNT炸药的威力,无情地将日本工业中心和人口稠密的广岛市瞬间吞噬了:广岛市区化为一片灰烬,在4公里的半径内发生了数百起大火,4.5平方公里内的人畜遭受到一度烧伤,在约7平方公里范围内的空气灼热。市中心的墙壁上印上了无数人影,在爆炸点400米高空正下方的万代桥上,有10个人永远将自己的轮廓留在了桥上,一所女子商业学校的350名女生当时正参加清理一块空地的劳动,有近300名因好奇看闪光的女生立遭毙命。整个广岛市有近8万人丧生,负伤和失踪者5万多人,摧毁房屋近5万幢,半毁房屋2万多幢。广岛,如同被一只巨人的手,几乎从地球上抹掉了。

3天之后,第二颗原子弹降临到日本另一个工业城市长崎。长崎和广岛一样,遭受到了几乎完全毁灭的破坏。3万多名生灵遭涂炭,近6万人致残。

那么,一颗原子弹为什么会有这么巨大的能量呢?这主要是因为人类发现并使用了一种新能源即核能,也就是原子弹的“弹药”铀-235。

铀这种能量巨大的放射性物质,曾被用于战争,给人类带来过苦难。本世纪50年代后,它开始用于民用方面,在核电站,铀正源源不断地为人类社会提供强大的电能。

未来的太阳:木星太阳系九大行星中,木星称得上是鹤立鸡群:它的质量是地球质量的318倍,是其余8颗行星质量总和的两倍半。它的体积是地球体积的1316倍,亦居九大行星之首,它是太阳系行星中的巨人。木星的英文名字叫“朱庇特”,它是罗马神话中的天神。这个名字起得非常有远见,用天神的神奇巨大和变幻莫测来形容木星是再恰当不过了。

木星是一个由液态氢构成的流体行星,没有固体表面。木星表面有一个最显著的特征,那就是在木星赤道以南有一块大红斑,它至少已存在3个半世纪,很可能还要长得多。它的大小有三个地球那么大,颜色一般都保持着红而略带棕色的调子,有时鲜明,有时暗淡且模糊。大红斑究竟是什么?1977年“旅行者号”探测器查明它是木星云层中的一个特大漩涡,漩涡内的物质处于剧烈运动的状态,其剧烈程度是我们难以想像的。是什么原因使木星上形成如此之大的大红斑?又是什么原因使得它历时好几百年而不消失?现在尚无圆满的解释。

木星有16颗卫星,其数量之多仅次于土星。这些卫星的表面特征丰富多彩,各具特色。其中“木卫1”上面还有活火山,“旅行者1号”发现它至少有8个或9个活火山,其中的一个正以每秒400多米的迅猛速度向外喷射尘埃和气体等物质,看起来像是从卫星边缘上升起好几百公里的大喷泉。“木卫1”上火山爆发的延续时间,可能长达几个月到几年。“木卫1”是太阳系中除地球之外第一个发现有活火山的天体(第二个是“海卫1”)。

近年来,对木星的考察表明:木星正在向其周围宇宙空间释放巨大能量。它所放出的能量是它所获得太阳能量的两倍,这说明木星释放能量的一半以上来自它的内部。由于木星内部存在热源,同时还不断吸积着太阳放出的携能粒子,所以它本身所具有的能量越来越大。

众所周知,太阳之所以不断放射出大量的光和热,是因为在太阳内部时刻进行着核聚变反应,在核聚变过程中释放出大量的能量。木星是一个巨大的液态氢星球,本身已具备了无法比拟的天然核燃料,加之木星的中心温度目前已达到28万K,具备了进行热核反应所需的高温条件。至于热核反应所需的高压条件,就目前木星的收缩速度和对太阳放出的能量及携能粒子的吸积特性来看,木星再经过几十亿年的演化后,中心压可达到最初发生热核反应时所需的压力水平。

一旦木星上爆发了大规模的热核反应,以千奇百怪的漩涡形式运动的木星大气层将充当释放热核能的“发射器”。所以,有些科学家认为:再经过几十亿年后,木星将会改变它的身份,从一颗行星转变为一颗名副其实的恒星,那时,太阳系将成为双星而发生巨大的变化。

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