温度:一只控制万物的魔术手

作者:知识

看见“温度”二字,也许很多人会觉得,这不就是衡量物体冷热程度的一个物理量吗?但当你阅读本文,获知温度不仅决定了地球生命的诞生与消亡,还是影响地球物质循环运行的推手,是大自然调节和控制地球生态的手段,是人类进行创新的一个广阔而重要的领域后,相信你会改变对温度的浅显看法,重新认识温度。 我们熟悉的温度

生活中,人们对温度有各种各样的感性认识。比如,人们知道冰块寒冷、开水滚烫。冬天用厚衣服包裹身体保持体温,避免冻僵;盛夏酷暑躲进空调大开的冷饮店,让皮肤享受阵阵冷风,让口舌感知冷饮的冰凉畅快。中国的厨师与主妇,还深知烹饪火候对制作美味佳肴的作用。

在生产过程中,养殖鸡鸭的人都知道孵化温度的重要性。哪怕只是低或高了1~2℃,都会严重影响幼雏的出壳率。鳄鱼蛋在正常温度下孵化时,孵出的雌雄数量各占一半;低1℃,全部孵化为雌性;高1℃,则全部孵化为雄性。在炼钢过程中,必须让熔炉温度达到1535℃,才能将化合物状态的固态铁从铁矿石中与杂质分开,变成液态的单质铁。

近20年来,全球都在热议温室效应、气候异常等与温度有关的社会与自然问题。尽管大家都知道温度对人的生活和自然环境非常重要,但到底为什么重要,重要到什么程度,恐怕没有多少人进行过深入和广泛的思考。下面,我们就一起对温度做一个较为全面的认识吧! 温度的本质是什么

物理学中,温度其实只是一种现象,其本质是物体内能高低的宏观表现;或者说,温度是与能量相关的一种自然现象。由于影响物体温度高低的本质原因是能量,而能量又是宇宙存在和变化的根本所在。所以,就人们所能感知的角度来看,温度同样也是影响地球物质运行的重要因素。从这个意义上说,温度是大自然进行自我控制的一只神奇魔手。 温度决定了地球生命的诞生与消亡

地球之所以能够诞生生命,就在于它有一个适于液态水大量存在的适宜温度。设想一下,如果地球自诞生至今仍是炽热的星球,到处是熔融的岩浆,如同在太阳炙烤下的水星一样,那么水早就蒸发殆尽,完全不可能诞生以碳水化合物为主体的生命;反之,如果地球一直是寒若冰窟的星球,那么即便有水,冻结的固态水坚如磐石,同样也难以形成富有活力的生命,更不会有层次丰富、种类庞大的生物体系。 温度是地球物质循环运行的推手

地球自然环境的变化尽管纷繁复杂,但透过表象,所有现象和变化都可归结为岩石圈、水圈、气圈和生物圈的“四圈运动”。如果将这四圈比喻为四颗美丽的宝石,那么,能量就好比是一根丝线,将这四颗分离的珠子串成了一串美丽且彼此关联的项链。许多时候,人们是看不见和无法感知能量的,而温度就是能量一个可以“看得见”和感知到的“身影”。

例如,岩石的演变循环过程。不论是火山爆发喷出的高温熔岩,还是熔岩冷却后形成的火成岩;或者是海洋底部的泥土在高温高压下重新演变成沉积岩,随着地球板块进入到温度更高的地幔重新变成熔融的岩浆,又再次随着火山喷发来到地表形成新的火成岩。总之,在岩石圈的演变过程中,始终都伴随着温度的影响与变化。

又如,水的物态变化。海水在阳光照耀下水温升高,液态水大量蒸发成水蒸汽并上升;水蒸汽在空中遇冷,温度下降凝结成水滴,大量水滴又以雨雪等形式降落到地面,最后重新回到大海。在气温降到0℃后,液态水开始结冰成为固态水。有的冰聚集在高山上,成为冰帽和冰川;有的冰则聚集在寒冷的大陆或海洋,成为最厚超过4千米的南极冰帽,或最宽阔时绵延1000多万平方千米、厚度达4~5米的北极浮冰。每年随着气温上升,固态水又开始融化成液态水,从高山上的冰帽和冰川中流淌下来,成为河流源泉的一部分,并沿着地面上的河流或地下河回到大海。在水的一系列物态变化过程中,温度是其身后隐藏的幕后推手。

再如,风的形成。白天,地表(包括海面)在阳光的照耀下,空气受热膨胀密度降低,在浮力作用下上升成为上升气流;夜晚,因不受阳光照射,以及高纬度地区所受阳光照射较少,温度低的冷空气密度大,所受重力较大,故而冷空气不断下降,成为下降气流。上升与下降气流相互作用形成对流,从而产生风。风的流动产生了信风与季风,并带动海水形成洋流,携带大量生物资源的洋流滋润着地球各地的海洋生物。季风携带饱含水汽的潮湿空气,为陆地和海洋送去大量雨水。在此过程中,同样也有温度的身影。 温度让地球生命丰富精彩

地球上不同纬度、不同海拔高度以及不同地貌的地方,其气温也各不相同。正是这些气温的差异,千百万年来造就了形态各异的无数物种。南极和北极寒冷的气候,塑造了企鹅和北极熊的形态和生存习性;赤道温暖的水域,铸就了热带鱼和珊瑚的美丽躯体与色彩。不同地域的气温,也形成了植物婀娜多姿的枝、叶、花和五彩缤纷的颜色。地球上小到看不见的微生物,大到数十吨的海洋巨无霸蓝鲸,以及天上翱翔的鸟儿、丛林中狂奔的豹子等,各种各样千奇百怪的生命,都与温度密切相关。 温度是大自然调控地球生态的手段

温度以强大的力量调控着地球的自然环境。当太平洋洋流水温异常升高或降低时,便会带来厄尔尼诺或拉尼娜现象,使全球气象出现异常乃至灾害。有专家称,如果全球年平均气温上升5℃,格陵兰岛上的冰盖就会全部融化,全球海平面会上升7米,包括中国上海、广州在内的许多沿海城市都会被海水淹没,人类文明会因剧烈的气候变迁而开始瓦解。温度上升6℃后,两极将不再有冰雪存在,95%的物种会灭绝,地球重回荒漠时代。反之,如果地球的年平均气温下降5℃,地球将重返冰河期;热带和亚热帶的温度会降至与寒带同温,生态将遭到严重破坏,许多物种同样难逃灭绝的厄运。

温度对大自然运行及其生态环境起着重要的调控作用,所以人类对地球的气温变化切不可掉以轻心。 温度是进行创新的重要领域

如前所述,温度对大自然和人们的生产、生活都有着巨大的影响,正因如此,温度也是人们进行科技创新、生产创新和生活方式创新的一个广阔而重要的领域。

例如,科学家至今仍在探究的高温超导材料,就是与温度相关的一个典型的科技创新研究项目;金属材料生产与加工中,如何把握淬火温度,对金属材料的性质、运用范围乃至价格等多方面都有很大影响;养殖和种植业中,温度对生物出生、生长、繁殖等不同时期的不同影响,对生物的形体大小、性状变化、习性改变、生长规律等方面也会产生不一样的结果;食品的运输、储藏、加工等环节中,不同的温度会获得不同的食品品质,从而影响餐饮行业的发展和人的身体健康,等等。所以,在科学研究、生产过程和日常生活这些广阔领域中,如能關注温度这一问题,或许你就会获得前所未有的创新和发明。

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