第4章 无限未知的地球探秘(3)

现在人们知道，在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋转，这种水位的上升以周期为12小时25分和振幅小于1米的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用与此相似，但是作用力小些，其周期为12小时。当太阳、月球和地球在一条直线上时，就产生大潮；当它们成直角时，就产生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的变化外，地球和月球的旋转运动还产生许多其他的周期性循环，其周期可以从几天到数年。同时地表的海水又受到地球运动离心力的作用，月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。除月球、太阳外，其他天体对地球同样会产生引潮力，但对地球上的潮汐影响最大的仍然是月球。

有涨必有落。从全球范围来考察潮汐现象，那么，一些地方发生涨潮，必在另外一些地方发生落潮；反之，一些地方若是落潮，正好证明另外一些地方正在涨潮。这种此起彼落的海水运动，称为潮波。另外，潮汐涨落是通过海水的流动来实现的。海水的流入造成涨潮，海水的流出造成落潮。海水不断地从正在落潮的海域，流向正在涨潮的海域。这样的海水流动，叫做潮流。

总之，从全球范围来看，潮汐现象实际上是海水的一种波动。它既有垂直的升降，也有水平的流动。因为海水在潮汐现象中会具有的强大的动能和势能，所以很多国家都借用潮汐产生的能量来发电。

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海市蜃楼是怎么回事

2005年5月23日下午，在有“人间仙境”之称的山东蓬莱群岛出现了极为罕见的自然奇观，上万名市民和游客有幸目睹了这一奇观。人们看到，当海面上的薄雾消退，海面上空突然出现了一座繁华美丽的城市。城市中的高楼大厦、宽广的街道呈现眼前，甚至还能够清晰地看到人车在路上走动穿梭。这一奇特的现象持续了很长时间，最后随着海风慢慢消失。

19世纪时，欧洲的许多探险家深入到非洲的撒哈拉大沙漠进行探险。随着探险队深入到沙漠腹地，所携带的用水日益减少，许多队员焦渴难耐。某一天，他们在寻找水源的过程中，突然发现前方不远的地方有一个很大的湖泊。喜出望外的队员们雀跃着奔向湖泊，却发现总也到达不了目的地。

1815年6月18日早晨，英国、普鲁士联军与拿破仑的军队在滑铁卢进行战役，距此105千米远的比利时小城镇市民竟看到天空中战马奔驰、大炮无声地发射、密集的队伍冲杀的奇异幻景。

上述种种不同时期所看到的奇异景象，其实就是海市蜃楼。在平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中或“地下”出现高大楼台、城郭、树木等幻景，人们称之为海市蜃楼。我国山东蓬莱海面上常出现这种幻景，古人归因于蛟龙之属的蜃，吐气而成楼台城廓，这种现象因而得名。

现在人们已经知道，海市蜃楼是由于光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而形成的。

夏天，海面上的空气下层温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大。远处的山峰、船舶、楼房等反射的光线射向空中时，由于不断被折射，就会越来越偏离法线（穿过入射点与水平线垂直的线）方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射。光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中。

在沙漠中，当太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即。

海市蜃楼不仅能在海上、沙漠中产生，在柏油马路上偶尔也会被人们看到。柏油马路因为路面颜色深，夏天在灼热阳光下温度较高，同样会使路面上的大气层呈现上层空气冷、密度大而下层空气热、密度小的分布特征，所以也会出现海市蜃楼。

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神奇曼妙的极光

在我国的古书《山海经》中曾经有过关于极光的记载。书中说道，北方有个神仙，相貌如同一条红色的蛇，在夜空中闪闪发光。这个神仙的名字叫做烛龙。“人面蛇身，赤色。身长千里，钟山之神也。”后人推测，这里所说的实际上就是极光。

极光是自然界中最漂亮的奇观之一，经常于夜间出现在地球南北两极附近地区的高空。它轻盈地飘荡，舞姿曼妙，同时忽暗忽明，发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒。

在北极圈附近的居民中流传着各种关于极光的传说。如因纽特人认为极光是鬼魂为新来者照明道路的火把，挪威西海岸的居民还把北极光视为老太太边跳舞边挥动戴白手套的手。

极光多种多样，五彩缤纷，形状不一，绮丽无比，在自然界中还没有哪种现象能与之媲美。任何彩笔都很难绘出那在严寒的北极空气中变幻莫测的炫目之光。

关于极光形成的原因，一直都没有满意的答案。

最早的时候人们认为，极光是地球外面燃烧起来的大火，因为北极区在地球的边缘，所以能看到这种大火。另一种看法认为极光是太阳西沉以后透射反照出来的辉光。还有一种看法认为，极地地区冰雪十分丰富，冰雪在白天吸收阳光并贮存起来，到了晚上再释放出来，就形成了极光。

随着科学技术的不断进步，现在人们一般认为，极光的形成与太阳活动、地球磁场以及高空天气都有关系。科学家解释说，太阳发出的高能质子和电子到达地球的时候，因为受到地球磁场的影响，高能质子和电子就向地球南北极地区偏斜，并大部分进入南极和北极上空。因此我们只能在地球的南北极地区见到极光。这些高能质子和电子在降落的过程中，一定会碰到地球高层大气的原子，两者相互碰撞，自然就发射出炫目的光芒。另外，粒子自身也会发出比较微弱的光。

极光被视为自然界中最漂亮的奇观之一。如果我们乘着宇宙飞船，从遥远的太空遥望地球，会见到一个闪亮的光环围绕着地球磁极。由于它们向太阳的一边有点被压扁，而背太阳的一边却稍稍被拉伸，因而呈现出卵一样的形状。因此被命名为极光卵。

极光最经常出现的地方是在南北磁纬度67度附近的两个环带状区域内，其分别称作南极光区和北极光区。在极光区内差不多每天都会发生极光活动。在极光卵所包围的内部区域，通常叫做极盖区，在该区域内，极光出现的机会反而要比纬度较低的极光区来得少。在中低纬地区，尤其是近赤道区域，很少出现极光，但并非不会观测到。1958年2月10日夜间的一次特大极光，在热带都能见到，而且显示出鲜艳的红色。这类极光往往与特大的太阳耀斑暴发和强烈的地磁暴有关。

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球形闪电的形成之谜

1981年，前苏联的一架“伊尔—18”飞机从黑海之滨的索契市起飞。当时天气状况良好，远离飞行线40公里处有一片雷雨云。当飞机升到1200米高空时，一直径为10厘米左右的火球突然闯入飞机驾驶舱，发出了震耳欲聋的爆炸声，随后立即消失。飞机上的人惊魂未定，几秒钟后，它再次难以置信地通过密封金属舱壁回到乘客舱。它先是在惊慌的乘客头上漂浮着，后缓缓地飘进后舱，分裂成两个光亮的半月形，随后又合并在一起，接着离开了飞机。驾驶员立即着陆检查，发现球形闪电在其进出的飞机头尾部各钻了个窟窿，雷达和其他仪表失灵，但飞机内壁和乘客没有受到任何损伤。

1993年9月16日晚上，江苏省滨海县城天气异常闷热，东坎镇东村的人们在外面乘凉，突然，人们看见一条火龙向西飞来。飞到一户姓杨的人家的屋顶上时，变成一只火球窜进屋内。随后火球爆炸，造成一死两伤。

民间俗称球形闪电为滚地雷。北宋著名科学家沈括（1031—1095）在《梦溪笔谈》中，记述了一次球状闪电的实况，描述了暴雷运行的过程：球形闪电自天空进入“堂之西室”后，又从窗间檐下而出，雷鸣电闪过后，房屋安然无恙，只是墙壁窗纸被熏黑了。

球形闪电是一种非常奇特的闪电现象。人们所见到的球状闪电的平均直径为25厘米，大多数在10~100厘米之间，小的只有0.5厘米，最大的直径达数米。球状闪电偶尔也有环状或中心向外延伸的蓝色光晕，发出火花或射线。颜色常见的为橙红色或红色，当它以特别明亮并使人目眩的强光出现时，也可看到黄、蓝、绿和紫色。其寿命只有1~5秒，最长的可达数分钟。

根据案例，球形闪电常常出现在雷暴天气，人们会看到球形闪电发光、旋转、发出嘶嘶声、跳动甚至反弹。它经常会从门窗、烟囱甚至房屋缝隙中不动声色地钻进屋内，靠近易燃物如树木、纸张时，一般不会引起火灾，但在它爆炸的一瞬间却可以烧掉潮湿的树木和房屋。如果落进水池，球形闪电还会使池水沸腾。

球形闪电到底是何种物质？虽然半个多世纪以来，人类关于球形闪电的记录多达4000多次，却一直没人能回答这个问题。

有些学者认为，球形闪电可能是因为有某种气体进入臭氧集中区，使臭氧很快分解而形成的；有一些科学家认为，球形闪电是一些大气的氮和氧的特殊化合物；还有人认为，球形闪电是一种带强电的气体混合物。但是，还是有很多人不同意他们的说法，这些学者认为球形闪电是一个等离子凝团。总之，关于球形闪电的认识，始终没有达成共识。

新西兰坎特伯雷大学科学家阿伯拉翰森和詹姆斯·迪尼斯提出一种理论：球形闪电是硅燃烧发光所致。该理论认为，当土壤被雷电袭击后，会向大气释放含有硅的纳米微粒，来自雷电袭击的能量以化学能的形式储藏在这些纳米微粒中，当达到一定高温时，这些微粒就会氧化并释放能量。研究人员将土壤样品暴露于跟闪电过程一样的条件下，便会产生含有硅的纳米微粒，其被氧化的速率与球形闪电平均10秒钟的生命周期是一致的。

到如今，还没有任何一种理论的解释能够令所有人信服。科学家推测，球形闪电有可能是多种不同自然作用的产物。

球形闪电不但有趣，而且包含着许多秘密，解开这个现象，对人类的生活将有深远的影响。

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龙卷风形成之谜

1995年，一场龙卷风席卷美国俄克拉荷马州阿得莫尔市。有人看到，龙卷风过处，许多房子的屋顶像滑翔翼般飞起来，房子也随后倒塌；在外面的重物被吹出几十英里之远。大多数碎片落在龙卷风通道的左侧，按重量不等常常有很明确的降落地带，估计一些较轻的碎片甚至飞到300多千米外才落地。

1879年5月30日下午4时，在堪萨斯州北方的上空有两块又黑又浓的乌云合并在一起，过了大约15分钟，在云层下端生成了一个庞大的旋涡，随后又变成一根顶天立地的巨大风柱。

龙卷风旋涡横过一条小河，遇上了一座峭壁，但它在这个障碍物前显得无可奈何，于是它掉头西进，那边正好有一座新造的75米长的铁路桥。龙卷风旋涡竟将它从石桥墩上“拔”起，把它蹂躏一番后抛到水中。

在接下来的三个小时，它像一条孽龙似的在整个州内乱窜，所到之处一片狼藉。

龙卷风是大气中最强烈的涡旋现象，影响范围虽小，但破坏力极大。它往往使成片庄稼、成万株果木瞬间被毁，令交通中断，房屋倒塌，人畜生命遭受损失。龙卷风的水平范围很小，直径从几米到几百米，平均为250米左右，最大为1千米左右。在空中直径可有几千米，最大有10千米。极大风速每小时可达150千米至450千米，龙卷风持续时间，一般仅几分钟，最长不过几十分钟，但造成的灾害很严重。

据统计，每个陆地国家都出现过龙卷风，其中美国是发生龙卷风最多的国家。加拿大、墨西哥、英国、意大利、澳大利亚、新西兰、日本和印度等国，发生龙卷风的机会也很多。我国龙卷风主要发生在华南和华东地区，它还经常出现在南海的西沙群岛上。

由于龙卷风的发生与强烈雷暴的出现密切相关，所以龙卷风一般在暖季出现。但在没有雷暴的寒冷季节里，只要具备强烈对流的条件，也是可以出现龙卷风的。

龙卷风在白天、夜间都能生成，但大部分发生在午后。有时，同时有几个龙卷风一起出现。

龙卷风是怎么形成的呢？

一般来说，雷雨云是龙卷风诞生的温床。在雷雨云里，空气上下温差悬殊，空气扰动十分厉害。在地面，气温是摄氏二十几度，越往高空，温度越低。在积雨云顶部八千多米的高空，温度低到摄氏零下三十几度。上面冷空气急速下降，下面热的空气猛烈上升。上升气流到达高空时，如果遇到很大的水平方向的风，就会迫使上升气流“倒挂”（向下旋转运动）。由于上层空气交替扰动，产生旋转作用，形成许多小涡旋。这些小涡旋逐渐扩大。上下激荡越发强烈，终于形成大涡旋。大涡旋先是绕水平轴旋转，形成了一个呈水平方向的空气旋转柱。然后，这个空气旋转柱的两端渐渐弯曲，并且从云底慢慢垂了下来。对积雨云前进的方向来说，从左边伸出云体的叫“左龙卷”，从右边伸出云体的叫“右龙卷”；前者顺时针旋转，后者逆时针旋转。伸到地面的一般是右龙卷。

龙卷风的推进速度很快，典型龙卷风的移动时速为55千米，但有些龙卷风的移速则高达每小时115千米；最强的龙卷可高达每小时450千米。

有时候人们会看到水龙卷的现象，俗称“龙吸水”。这是一种偶尔出现在温暖水面上空的龙卷风，它的上端与雷雨云相接，下端直接延伸到水龙卷水面，一边旋转，一边移动。这是一种涡旋，空气绕龙卷的轴快速旋转。受龙卷中心气压极度减小的吸引，水流被吸入涡旋的底部，并随即变为绕轴心向上的涡流。

有的地方还会出现火龙卷，这也是非常罕见的龙卷风形态，由陆龙卷与火焰的结合。2010年，位于南半球的巴西遭遇罕见的干旱少雨天气，全国多地燃起了山火。8月24日，巴西圣保罗市一处火点刮起了龙卷风，形成了罕见的火焰龙卷风。龙卷风夹起火焰高达数米，像一条巨大的火龙旋转前进。为了熄灭这条“火龙”，当地出动了直升机。

人们已经知道，龙卷风是在很强的热力不稳的大气中形成的，但对它的物理机制仍然没有进一步的了解。龙卷风的破坏力很大，但是对于处于龙卷风中心范围的东西却完好无损；有时候它能够把一只鸡一侧的鸡毛拔完，另一侧却完好无损。这些奇怪的现象仍然是一个谜。

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