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第6章 地球漫步(3)

世界著名的珊瑚群岛有大堡礁、马尔代夫群岛、马绍尔群岛、加罗林群岛、南沙群岛、西沙群岛、东沙群岛、中沙群岛、拉利克群岛、图瓦卢群岛、拉克沙群岛。

海陆起伏曲线:海陆起伏曲线是指根据各高度陆地和各深度海洋所占面积大小所绘制的曲线。大部分陆地的海拔在1000米以下,约占陆地面积的75%,陆地平均海拔为875米,最高峰为珠穆朗玛峰,海拔为8848.13米,海洋面积广大,并且大部分海洋的深度在3000~6000米之间,约占海面积的75%。平均海洋深度为3800米,最深处在太平洋的马里亚那海沟,海拔为-1.1022万米。

小知识

大陆界线

(1)亚洲和欧洲以乌拉尔山脉、乌拉尔河、黑海、高加索山脉、搞斯普鲁海峡、达达尼尔海峡为分界。这两个大陆实际上是连在一起的,合称欧亚大陆。

(2)亚洲与非洲大陆的分界线是苏伊士运河。

(3)北美洲与南美洲以巴拿马运河为界。

(4)澳大利亚和南极洲以各自的海岸张为界。

在这七个大陆中,以亚洲面积为最大,占全球陆地面积为29.8%,以澳大利亚大陆面积为最小,占全球陆地面积的5.2%。

地球上的水

我们人类所生活的地球主要是由海洋覆盖的,地球表面有三分之二的部分都是海洋。这一片广大的盐水几乎是地球上所有的水。

在我们居住的行星上,只有不到3%的水是淡水,而其中有些还不是人类可使用的。事实上,这些淡水中有三分之二以上甚至不是液体,而是以冰冻的状态存在于南极和格棱兰大冰原的冰川中。虽然冰川融水对部分地区是很重要的资源,但即使在这些资源中,也有大多数不是人类可存取的。

而剩下的地球淡水资源,几乎都是地下水了。这些地下水上升到地表面,补充地球上溪流中的水并浸湿湿地。因此,地下水可以说是作为农业、工业、环境,以及饮用水源使用的重要水库。今天,据估计地球上所有饮用水的25%~45%由地下水提供。地球的地下水源中有些是在古代气候时产生,被认为是不可更新的水源。

虽然大多数人从江河或湖泊取得每日饮用水,但地球水中仅有极微小的百分比是以地表淡水的状态存在。江河和溪流虽然是非常重要的供水源,但可能仅占淡水的1%,是湖泊和水库水量的一小部分而已。

在地球上的水中,仅有0.001%的水是以空中水汽的形式存在。考虑到水蒸气在天气方面扮演的重要角色,其量之少令人惊讶。但是,这些水每年通过我们经历的雨和雪在地球表面和大气层之间再循环许多次。

地球上的水循环过程:地球上的水都是在不停运动着的。它无处不在,通过蒸发、冷凝、降水等连续不断循环。水的循环过程具体可以分为三个步骤:

(1)蒸发和蒸腾的水分子进入大气

吸收到太阳辐射热后,水分子就会从海洋、河流、湖泊、潮湿土壤和其他潮湿表面蒸发到大气中去;生长在地表的植物,通过茎叶的蒸发将水扩散到大气中,植物的这种蒸发作用通常又称为蒸腾。

据估计,在一个生长季中0.4公顷的谷物几乎就可以蒸腾200万升的水,相当于同等面积内43厘米深的水层。而这些通过蒸发和蒸腾的水,水质都可以得到纯化,从而成为清洁的水。

(2)以降水形式返回大地

水分子进入大气后,会变为水汽随气流运动。在适当条件下,这些水汽就会遇冷凝结形成降水,以雨或雪的形式降落到地面。降水不仅能给地球带来淡水,养育了千千万万的生命,还能净化空气,将一些污物从大气中洗去。

此外,降水还是陆地水资源的根本来源。我国多年来平均年降水量为632毫米,而全球陆地平均年降水量是834毫米。

(3)重新返回蒸发点

当降水到达地面后,其中的一部分会渗入地下,作为地下水的补给;另一部分则从地表流掉,补给给河流。地表的流水,即径流,不仅可以带走泥粒,导致侵蚀;也可以带走细菌、灰尘和化肥、农药等,因而径流常常是被污染的。最后千流归大海,水又回到海洋以及河流、湖泊等蒸发点。这就完成了地球上的水循环的一个过程。

水循环与地球生命息息相关:推动地球上水的循环的动力是太阳辐射。进入到地球上的太阳能大约有23%都消耗在海洋表面和陆地表面的蒸发上。当水汽凝结时,这些能量又会再次释放出来。就全年平均情况来看,大约从北纬40?到南纬30?,是一个广阔的辐射过剩区域,而极地周围的高纬度地区则是辐射的亏损区。

在海陆之间,不同的季节也有着不同的亏损和盈余。只有把热量从盈余的地区向亏损的地区输送,才能达到全球的能量平衡。而水循环是这种能量输送的主要途径之一。水在海洋中能够形成洋流,又能以气液相变的形式进行大量的储存和输送能量。这种能量输送保持了全球的能量平衡,使得辐射的亏损区不至于太冷,辐射过剩区不至于太热,从而为生物提供了一种适宜的生活环境。

不过,有时水循环也会出现一些特殊的情况。比如在高纬度和高海拔区,从大气层降下的不是水而是雪。这些雪落在极地区或山地地区,就会积久成冰,使水因此得到保存,算是退出循环。退出时间通常为几十年、几百年或几千年。因此,冰雪的固结与消融,也影响着参与水循环的水的总量,进而影响到全球的海面变化。

南极冰盖和格陵兰冰盖是世界上最大的冰库。如果这些冰全部融化,那么就会导致海洋水位上升大约60米。这就意味着,各大洲的沿海地区、包括许多世界级大城市都将被淹没,海平面将达到纽约曼哈顿摩天大楼的20层楼那么高。

水分循环的过程其实是相当复杂的。除了这种海陆之间的水分循环外,海洋有自己的洋流等水圈内部的水循环;大气圈里有随着大气环流进行的大气内部水循环;大气圈与陆地之间,大气圈与洋面之间,也有着水汽形成降水,降落的水分又被蒸发的直接循环;岩石圈上存在着地表水与地下水之间的转换与循环;生物体内也有着生物水的循环等。

水分循环过程将地球上所有的水都纳入到了一个综合的自然系统中,而水圈内所有的水也都会参与水的循环。就像人体一样,从饮水到水排出体外只要几个小时;大气中的水,从蒸发进入大气,到形成降水离开大气,平均来说完成一次循环要8~10天;世界大洋中的水,如果都要蒸发进入大气,完成一次水分循环的过程,则要3000~4000年。

由于水分循环过程的存在,也使得水成为地球上最活跃的物质,使全球的水量和热量得到均衡调节。也正是因为这种年复一年、日复一日永不停息的水分循环,才使得大气圈气象万千,地球表面千姿百态,生机盎然。如果水分循环停止了,那么我们将再也看不到电闪雷鸣、雨雪霜雹;也再没有晴、雨、阴、云的天气变化;当然也不会有江、河、湖、沼了。而动物与人类,也将不复存在了。

地球上的矿物

所谓矿物,就是指由地质作用所形成的天然单质或化合物。

通常来说,矿物都具有相对固定的化学组成,一些呈固态者还具有特定的内部结构;它们在一定的物理化学条件范围内比较稳定,是组成岩石和矿石的基本单元。

地壳中所含的自然化合物和少数自然元素,一般都具有相对固定的化学成分和性质,而且其中大部分是固态的,但也有呈液态(如自然汞)或气态(如氦)的。

目前,地球上已知的矿物大约有3000多种,绝大多数都是固态无机物,液态(如石油、自然汞)、气态(如天然气、二氧化碳和氦)以及固态有机物(如油页岩、琥珀)仅占数十种而已。在这些固态的矿物当中,绝大部分又都属于晶质矿物,只有极少数(如水铝英石)是属于非晶质矿物的。

矿物的形态:矿物的形态可谓千姿百态。就其单体而言,它们的大小悬殊,有的肉眼或用一般的放大镜就能看到,有的则需要借助显微镜或电子显微镜才能辨认;有的晶形完好,呈规则的几何多面体形态;有的则呈不规则的颗粒状,存在于岩石或土壤之中。

矿物单体形态大体上可分为三向等长(如粒状)﹑二向延展(如板状﹑片状)和一向伸长(如柱状﹑针状﹑纤维状)3种类型。而晶形则服从一系列几何结晶学规律。

在矿物的单体之间,有时能够产生规则的连生,同种矿物晶体可以彼此平行连生,也可以按一定对称规律形成双晶;而非同种晶体间的规则连生,则称为浮生或交生。

矿物是怎样形成的:形成矿物的主要途径是地球的岩浆活动。在岩浆里,有着地球上的各种元素。这些元素在岩浆的高温熔融条件下,就会发生化学变化,形成多种化合物和一些单质。由于地下各处岩浆的化学成分不一样,还因为岩浆在冷却时,温度、压力等条件都在发生变化,而一定环境只适于一定的矿物生成,因此,由于岩浆冷却形成的矿物种类就很多。

另外还有一条途径,就是通过水和大气形成,有时还有生物的作用,使已经形成的矿物发生化学变化;或使溶解在水中的元素或化合物之间互相作用并沉淀堆积起来,造成各种次生的矿物。例如高岭石是长石、云母等与水作用、风化变成的。

矿物的物理性质:一直以来,人们都是根据矿物的物理性质来识别各种矿物,比如颜色、光泽﹑硬度﹑解理﹑比重和磁性等,都是肉眼鉴定矿物的重要标志。

作为晶质固体,矿物的物理性质取决于它的化学成分和晶体结构,并体现出一般晶体所具有的特性──均一性﹑对称性和各向异性。

(1)颜色

矿物的颜色多种多样。之所以呈现不同的颜色,一类是白色光在通过矿物时,矿物内部发生电子跃迁过程而引起对不同色光的选择性吸收所致;另一类则是物理光学过程所导致的。

而导致矿物内电子跃迁的原因则是由于色素离子的存在,如Fe3+使赤铁矿呈红色,V3+使钒榴石呈绿色等。

通常来说,矿物学中一般将颜色分为三类,分别是自色、他色和假色。自色是指矿物固有的颜色;他色是指由混入物引起的颜色;假色则是因某种物理光学过程所造成,如斑铜矿新鲜面为古铜红色,氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈现蓝紫色的锖色。矿物内部含有定向的细微包体,因此当转动矿物时,矿物也会呈现出不同颜色变幻的变彩,透明矿物的解理或裂隙有时还可引起光的干涉而出现彩虹般的晕色等。

(2)光泽

光泽指矿物表面反射可见光的能力。根据平滑表面反光的由强而弱,矿物的光泽可分为金属光泽﹑半金属光泽﹑金刚光泽和玻璃光泽四级。金属和半金属光泽的矿物条痕一般为深色,而金刚或玻璃光泽的矿物条痕则为浅色或白色。

此外,如果矿物的反光面不平滑或呈集合体时,矿物还会出现油脂光泽﹑树脂光泽﹑蜡状光泽﹑土状光泽及丝绢光泽和珍珠光泽等特殊光泽类型。

(3)条痕

条痕是指矿物在白色无釉的瓷板上划擦时所留下的粉末痕迹。条痕色可以消除假色,减弱他色,通常被用于矿物的鉴定。

(4)透明度

透明度是指矿物透过可见光的程度。影响矿物透明度的外在因素很多,通常是在厚为0.03毫米薄片的条件下,根据矿物透明的程度将矿物分为透明矿物﹑半透明矿物和不透明矿物。一般具玻璃光泽的矿物均为透明矿物,显金属或半金属光泽的为不透明矿物,具有金刚光泽的则为透明或半透明矿物。

(5)硬度

硬度是指矿物抵抗外力作用的机械强度。矿物学中最常用的是摩氏硬度,它是通过与具有标准硬度的矿物相互刻划比较而得出的。10种标准硬度的矿物组成了摩氏硬度计,从1度到10度分别为滑石﹑石膏﹑方解石﹑萤石﹑磷灰石﹑正长石﹑石英﹑黄玉﹑刚玉﹑金刚石。

(6)比重

比重指矿物与同体积水在4℃时的重量之比。矿物的比重通常取决于组成元素的原子量和晶体结构的紧密程度。矿物的比重可以实测,也可以根据矿物的化学成分和晶胞体积计算出理论值。

(7)磁性

根据矿物内部所含原子或离子的原子本徵磁矩的大小,及其相互取向关系的不同,矿物在被外磁场所磁化时表现的性质也不相同。矿物的磁性可分为抗磁性﹑顺磁性﹑反铁磁性﹑铁磁性和亚铁磁性。由于原子磁矩是由不成对电子引起的,因而凡只含具有饱和的电子壳层的原子和离子的矿物都是抗磁的,而所有具有铁磁性或亚铁磁性﹑反铁磁性﹑顺磁性的矿物都是含过渡元素的矿物。

但是,如果所含过渡元素离子中不存在不成对电子时,那么这样的矿物仍是抗磁的。具铁磁性和亚铁磁性的矿物可被永久磁铁所吸引;具有亚铁磁性和顺磁性的矿物则只能被电磁铁所吸引。

(8)弹性﹑挠性﹑脆性与延展性

某些矿物在受外力作用时会弯曲变形,而外力消除后又可恢复原状,显示出一定的弹性;而另一些矿物受外力作用后也会弯曲变形,但外力消除后却不再恢复原状,显示出一定的挠性。大多数矿物都为离子化合物,受外力作用时容易破碎,这样的矿物显示出来的就是脆性。少数具金属键的矿物还具有延性和展性。

(9)发光性

某些矿物在受外来能量激发后,可以发出一定的可见光。这样的外力包括加热﹑摩擦以及阴极射线﹑紫外线﹑X射线的照射等。当激发停止,发光即停止的称为萤光;激发停后止发光仍可持续一段时间的称为燐光。

小知识

人造矿物

由于有些矿物在自然界产出较少,难以满足工业生产的需要,从19世纪40年代人们就开始了人造矿物的研究。

比如,石英需要广泛应用于电子工业上,如雷达上就需要这种切片。但要想获得这种薄片,必须是透明、无缺陷的石英晶体。虽然石英在自然界分布较广,但符合要求的石英晶体却很少。自从1947年实验室培养出人工晶体后,为工业生产提供了大量透明可用的晶体,现在光学和电子工业上所用的石英晶体都是人造石英晶体。

此外,用于首饰上的金刚石只有少数是人工合成的,大多数都是以其它人工合成的矿物作为金刚石的代用品。这些矿物都具有高的折射率和色散,打削加工后均能出现闪闪发光的色散效应,可代替金刚石用于首饰工业,镶嵌在戒指上。

随着人们生活水平的提高,宝石的需求量也不断增长,但宝石矿的产出不多,且分布局限,所以人工合成宝石就代替了相应的天然宝石。人造祖母绿、人造刚玉、人造变石、人造绿松石等,与天然宝石基本一致,均已生产出来并在市场上销售。