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第5節(jié)熱
夏天感到熱，冬天感到冷，通常我們以自己的冷熱感覺作為對環(huán)境的判斷。但這種判斷并不準(zhǔn)確，甚至?xí)霈F(xiàn)判斷相反的情況。比如同樣的井水，夏天酷熱時節(jié)，這水真是沁人心脾啊，冬天一雙凍僵的手則覺得真是春天般的溫暖。所以精確衡量冷熱需引入溫度的概念。我們生活的環(huán)境最容易接觸的就是水，以水的結(jié)冰點定義為0度，沸騰點為100度（在海平面的高度）。這就是瑞典人攝耳修斯對溫度的劃分。荷蘭人華倫海特制定了另外一種劃分方法，把一定濃度的鹽水結(jié)冰溫度定為0度，把純水結(jié)冰溫度定為32度，水沸騰的溫度定為212度。通常我們稱為攝氏溫度或華氏溫度。我國采用攝氏溫度劃分，以下敘述中溫度全部采用攝氏溫度。
溫度定義好以后，對于宇宙任意物體的冷熱效果，都用其溫度來表達。原則上溫度沒有設(shè)上限，可以任意高(實際上，光速給出了對應(yīng)溫度的上限)，但有下限，最低到零下273.15度，記為-273.15℃。這個令人意外。太陽內(nèi)部溫度上百萬度，某些恒星表面1萬度以上，太陽表面溫度5500℃。地球表面最熱的地方是火山口，可達1000℃以上，在南極洲，最冷的地方可達-89℃。大多數(shù)地球的生命可以存活的溫度范圍大致從0℃到50℃。少數(shù)可以生活中極限環(huán)境中。凍原的細(xì)菌可以在-150℃生存，海底熱泉附近的細(xì)菌可以在400℃生存。多數(shù)哺乳動物的體溫和我們接近，維持在37℃左右。我們的體溫基本恒定，如果體溫過高或過低，都會危及生命。
溫度高低不同我們感覺熱冷不同，但并不是溫度決定一切。在爐子上燒開水，燒開小鍋水和大鍋水的時間不同。身體暴露在0℃的空中，人體還可以堅持很長時間，但人體泡在0℃的水中，很快就要喪生。造成以上差異的就是熱量。
首先，熱量可以傳遞。燒開水時，無論是燃?xì)膺€是電爐絲，其溫度都在800℃以上，開水溫度才100℃，所以熱量是由燃?xì)馔ㄟ^鍋傳至水。氣溫0℃，我們體溫37℃，那么熱量就由身體傳到空氣。熱量的變化帶來了溫度的變化。我們定義熱量，單位用卡。如同定義長度，單位用米一樣。1卡就是1克水升高1攝氏度所需的熱量。大鍋水比小鍋水量大，升高一度需要的熱量多，而爐子提供的熱量固定，所以燒得慢。溫度上升或下降是因為熱量的進入或喪失。而熱量的進入或喪失是因為熱量進出的兩方溫度有差異。
其次不同物質(zhì)在溫度變化時熱量需求是不同的。在所有物質(zhì)中，同重量物質(zhì)等溫升高水需要的熱量最多。換而言之，在重量相同、降溫數(shù)量相同情況下，水降溫時釋放的熱量最多。加熱1克空氣使得溫度上升1度需要的熱量僅是水的六分之一，而且1克空氣的體積幾乎是1克水的1000倍！身體向空氣傳熱時，體表的空氣很快就被加熱，同時皮膚喪失熱量因而溫度下降。兩者溫度相同時不再進行熱量傳遞。而距離皮膚較遠(yuǎn)的空氣溫度又低于皮膚表層空氣溫度，所以熱量又繼續(xù)向遠(yuǎn)離皮膚的方向傳遞。導(dǎo)致皮膚表層空氣溫度下降，而這又導(dǎo)致皮膚繼續(xù)向空氣散熱。身體內(nèi)部也類似。從肌肉到皮膚，溫度逐漸下降。這樣從肌肉到空氣，形成了溫度的連續(xù)下降的一個持續(xù)狀態(tài)。比如：肌肉37℃，脂肪內(nèi)層35℃，外層30℃，皮膚20℃，皮膚表層空氣15℃…遠(yuǎn)處空氣0℃。此時身體不斷向外散熱，維持著溫度分布的穩(wěn)定。如果身體產(chǎn)生的熱量大于或等于保持上述溫度分布而需要的熱量，人體就能生存下去。在這種情況下，刮來一陣風(fēng)，就破壞了體表空氣形成的溫度分布，直接讓0℃空氣抵達體表，人體馬上散更多的熱出來。此時對身體的狀況就相當(dāng)于不刮風(fēng)空氣溫度為-20℃時的情況下，人體建立的溫度分布。冬天氣溫不變，刮風(fēng)和不刮風(fēng)的日子，身體感覺完全不同。動物的皮外毛發(fā)密集，固定住大量空氣不受風(fēng)的影響，這樣建立起靜態(tài)的溫度分布，最大限度地降低了惡劣氣候的影響。人類使用動物毛皮做衣服，用羽絨填充衣服中間，也是同樣原理。當(dāng)人在水中時，比如在北極的冰海中，海水溫度比0℃還低一點。皮膚接觸同樣體積的水，重量幾乎是同體積空氣的1000倍，加熱升溫一度需要的熱量是4000倍。維持同樣的溫度分布，人體散發(fā)的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以體溫會急劇下降。事實上全身卷縮起來，盡力保持腹部和腋窩的溫度，可以生存15分鐘。否則5分鐘就喪生。而同樣在北極附近，夏天后的第一場雪落在因紐特人裸露的皮膚上漸漸融化，他們迎來了新年，安然入睡。思考：
1.四萬年前，史前人類有了重大發(fā)明，雙卷邊縫紉技術(shù)，這樣毛皮制作的衣服不漏風(fēng)，他們得以進入當(dāng)時寒冷的歐洲，隨后又征服西伯利亞。沙漠中夏天也需要穿類似的衣服，為什么？
2.大象身體沒有毛，而它的近親，猛犸象（最晚于4000年前滅絕），又稱長毛象，渾身長滿了毛。犀牛同樣沒有毛，但其近親長毛犀牛也是渾身長毛（最晚1萬年前滅絕）。估計這些滅絕的近親應(yīng)該生活在什么環(huán)境中？
3.有冬泳愛好者，大冬天鑿開冰面游泳。估計能游多久？為什么出水后渾身通紅？
4.初夏開始游泳，水溫尚低。剛?cè)胨眢w感覺很冷，一會就適應(yīng)了。這說明什么？最后可以測量一下體表溫度和水溫，讓沒游的人用手指感覺一下即可。
5.人體的熱量來自體內(nèi)儲能。在身體熱量供應(yīng)不足時，會打冷顫，事實是肌肉在釋放熱量。很多時候喝高度酒來御寒，其實是在飲鴆止渴。這時候吃點高熱量的東西是正經(jīng)事。為什么？
6.俄羅斯大媽，基本是胖子的代名詞。南方人，比如嶺南地區(qū)人，都顯得干瘦。為什么？北極熊、海豹、海象都安然在冰水中生活，它們身體和人體的差異在哪里？
7.大型鯨魚經(jīng)常在兩極活動，人類自19世紀(jì)開始大量捕鯨。那是工業(yè)革命的時代，在石油工業(yè)尚未開始時，鯨魚就是提供潤滑油、蠟燭的天然倉庫，為什么？
8.有喜好曬日光浴的，在冰天雪地中全身赤裸曬太陽。可以肯定的是，當(dāng)天天氣無風(fēng)。如果刮大風(fēng)，還能堅持幾分鐘？
9.肌肉溫度低于正常狀態(tài)，就喪失部分功能。如果溫度嚴(yán)重不足，就表現(xiàn)為凍僵效果。人容易凍僵的部分有手腳耳朵鼻子。為什么？
10.人體吸入空氣，會對空氣進行加熱或散熱。扁平鼻子易于散熱。高窄鼻子加熱快。觀察鼻子就知道祖先在那里長期生活。
11.生活在水邊的鳥類，腹部有厚厚的絨毛，中間固定著大量空氣。在水中時，這些空氣就是隔離層，防止水直接接觸到皮膚，起到良好的隔熱作用。我們使用羽絨衣，就是將這些絨毛填充在衣服內(nèi)層，形成隔熱層。同樣，棉花也是類似作用。
早穿棉襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜。這是說新疆一天內(nèi)的情景呢。桑拿夏天，天還沒亮，就熱烘烘的，太陽露個頭，蒸籠開始上汽。好一個馬拉松式的減肥過程，但除了難受，還是那么胖。持續(xù)到凌晨，終于困得合眼了。這是長江流域的情景。
新疆的情況，說明晝夜溫差很大。這也是新疆瓜果甜的原因。白天日光強，溫度高，植物光合作用，合成大量糖分。晚上氣溫低，植物消耗低。綜合結(jié)果糖分積累很高。為什么晝夜溫差大呢？太陽出來了，天空晴朗無云，大量熱量傳到地面。而地面沙子比例很高，和水相比，同樣的熱量，沙子升高的溫度是水的四倍。少量的熱量就可以使沙子溫度上升很高。地面溫度上升了，空氣又被地面加熱，所以午穿紗。但在陰涼地方或室內(nèi)，溫度并不高。另外一個重要因素，空氣中水蒸汽含量低，人出的汗很容易揮發(fā)，所以顯得干爽。在高原昆明也有類似效果，只是程度要低些。太陽落山了，失去了太陽的熱量補充。地面和空氣中的熱量依然向太空中以輻射的形式散發(fā)。雖然溫度很高，但實際儲存的熱量較少，不存在阻礙散熱因素，很快就散發(fā)完了，溫度降低到輻射散熱收支平衡的程度。所以晚上冷颼颼的。
長江流域的情況，說明晝夜溫差小。桑拿的起因是空氣中水蒸汽含量快達到極限了。這樣人體排出汗很難揮發(fā)，都附著身體表面。感覺粘乎乎的，很不舒服。夏天時，副熱帶高氣壓籠罩著長江流域（參見16頁圖），氣溫高，空氣對流弱，風(fēng)少而小。尤其城市中缺乏植被進行輔助降溫，導(dǎo)致整天悶熱。氣溫雖然不如新疆高，但人體自身降溫措施失效，躲在哪里都沒用。空調(diào)可以使某密閉空間溫度適宜，后果是惡化整個外部環(huán)境，并且惡化效果大于密閉空間的適宜效果。至于大多少，要看空調(diào)的效率高低了。所以桑拿天氣還有一部分的人為貢獻。地表泥土為主，含水量大，儲存的熱量大，散熱時空氣中的水蒸汽、云都是妨礙散熱因素。所以晚上散熱效果不佳。在地球同緯度的其他地區(qū)，大量都是沙漠。都是副熱帶高氣壓和人共同惹的禍，撒哈拉沙漠史前還是草原呢。當(dāng)然氣候是主要因素，環(huán)境太脆弱，人只不過小小地推了一把，就讓環(huán)境萬劫不復(fù)。同樣的情況也出現(xiàn)在新疆東部和甘肅、內(nèi)蒙西部。
在熱帶，氣溫一直很高，不存在四季情況，只存在雨季和旱季。而雨季和旱季交替依賴季風(fēng)的風(fēng)向。而暖濕氣流只能來自海洋。西雙版納，旱季是11月到來年4月，雨季是4月到11月。那么對應(yīng)的季風(fēng)情況，就是11月到4月，刮東北風(fēng)，所以旱季。4月到11月，刮西南風(fēng)，風(fēng)來自印度洋，所以雨季。而太平洋的氣流最遠(yuǎn)可以抵達青海西寧，大西洋的氣流最遠(yuǎn)抵達新疆伊犁河谷。青海和新疆大部分地區(qū)，甘肅中西部，內(nèi)蒙中西部，沒有海洋氣流抵達。如果沒有喜馬拉雅山脈及青藏高原，印度洋的氣流估計可以抵達。經(jīng)常光顧這里的氣流主要是西伯利亞寒流，因此降雨量很小。地貌以草原、沙漠為主，水主要來自冰川融化。在內(nèi)陸河流經(jīng)的地方形成綠洲和貿(mào)易中轉(zhuǎn)站，間或可以進行農(nóng)業(yè)種植。近幾十年全球氣候快速變暖，導(dǎo)致冰川積累不足，逐年退后，依賴冰川融水的地區(qū)水供應(yīng)日漸窘迫。
思考：
1.中國耕地面積，目前集中在華南、長江流域、華北和東北。耕地對水供給的要求較高。而草原要求很低。在歷史上，長城是防御草原游牧部落進攻的主要屏障。農(nóng)業(yè)耕作，對降雨量達要求是400毫米，中國的400毫米降水線和長城的路線比較吻合，這個是巧合嗎？
2.晝夜溫差小的區(qū)域應(yīng)該有什么要求呢？那些是主要因素？
3.空氣中水蒸汽含量使用濕度來描述，濕度達到100%就說明目前空氣中的水蒸氣達到最大量了，無法再增加了。濕度和溫度密切相關(guān)，溫度越高，空氣中允許存在的水蒸氣越多。通常的濕度都是指當(dāng)前溫度下，空氣中水蒸氣的數(shù)量和最大可存在值的比例關(guān)系，稱為相對濕度（絕對濕度是指水蒸氣和空氣數(shù)量的比例關(guān)系）。桑拿天氣，濕度接近100%，在自來水管道上，可以看到凝結(jié)大量水滴，為什么？另外地球上最干燥的地方在南極，為什么？阿塔卡馬沙漠為什么比不過？
4.早期文明，周圍都有大河。埃及有尼羅和，蘇美爾有幼發(fā)拉底河和底格里斯河，印度有恒河，中國有黃河。為什么？希臘沒有大河，但其文明卻擴散到地中海和黑海區(qū)域。而那些有大河的文明，卻沒有擴散開？
5.水稻種植，中國長江流域被認(rèn)為是世界最早的。后發(fā)現(xiàn)中南半島同時期也有種植。無論那里起源，從這種作物的名稱就知道，缺乏大規(guī)模推廣的可能性。五谷（或）中，共有的四谷對水的需求較小。但很多干旱區(qū)域都產(chǎn)水稻，比如新疆阿克蘇、甘肅張掖、山西太原，找尋原因并判斷，那里可以移植？
6.中國歷史上，有好幾次氣候大規(guī)模變冷、變旱，導(dǎo)致物種生存范圍巨變。8000年前，青藏高原變冷，在長江黃河上游的農(nóng)業(yè)部落搬家。5000年前，大象從甘肅分布到北京，隨后南遷。春秋中期，黃河流域變冷變旱，原本還有犀牛在此游蕩。北宋末年，河南的竹子全部凍死，后來北方很難再有竹子存在。明末，整個北方都寒冷干旱，農(nóng)業(yè)歉收或絕收。其他時期間或有中小規(guī)模氣候變動。游牧部落大規(guī)模入侵，背后的氣候因素也是一大推手。從黑海到鄂霍次克海（唐：少海）的游牧部落，在定居文明的歷史記載出現(xiàn)時，可體會氣候的冷暖變遷。能找到氣候變暖、變濕的時期嗎？
7.金星大氣稠密，主要是二氧化碳，這種氣體有利于熱量積聚，不利于散發(fā)，所以表面溫度可達400℃。地球氣候變暖，空氣中二氧化碳含量增加。二氧化碳含量增加也導(dǎo)致氣候變暖。那么究竟哪個是因？那個是果？或許這種簡單判斷并不合適。
8.航天飛機，在太空中，太陽曬著地方溫度超過100℃，陰影的地方溫度為-100℃。新疆的晝夜溫差雖大，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和這個比。地球大氣雖然不夠稠密，現(xiàn)在感覺到它的可貴了吧。如果稠密到金星的程度，晝夜溫差就基本消失了，就沒辦法吃水果和糧食了。總之，地球最好。
水到了100℃就沸騰，稱之為沸點，在0℃就凝結(jié)，稱之為冰點，這是通常情況。在一些情況下，沸點溫度和冰點溫度發(fā)生變化。在高山上燒水，水很快就燒開了，卻不怎么燙。如果用溫度計測量，就發(fā)現(xiàn)溫度低于100℃。水在開始加熱后，微量水就可能進入氣態(tài)形成微氣泡，在氣泡內(nèi)，水蒸氣變成水和水變成水蒸氣同時在發(fā)生。當(dāng)溫度上升，氣泡內(nèi)的壓力上升，到一定程度時，水蒸氣和水相互轉(zhuǎn)化達到平衡（此時平衡壓稱之為此溫度下的蒸氣壓）。溫度越高，對應(yīng)的平衡壓越大。當(dāng)氣泡平衡壓等于外面的大氣壓時，氣泡就可以上升到水面，水就進入沸騰狀態(tài)。此時對應(yīng)的溫度就是沸點。如果外面大氣壓降低時，沸點對應(yīng)的氣泡平衡壓自然降低，平衡壓降低意味著對應(yīng)的溫度降低。即沸點溫度下降。所以，氣壓大小決定了沸點的高低。水的沸點變化：0.2個大氣壓，60℃，0.5個大氣壓，80℃，1個大氣壓，100℃，2個大氣壓，120℃。在深海海底，熱泉冒出的水溫是400℃。
燒開水的目的是殺死水中的細(xì)菌、寄生蟲卵等。而高山上的沸水溫度低，無法有效殺死細(xì)菌，就失去了燒開水的效果。同樣做飯也不容易熟。高壓鍋就是鍋密閉起來，里面氣壓超過海平面氣壓，水要超過100℃才能沸騰，這樣做飯燒菜熟的快，燒得爛。高壓鍋都有放氣閥門，當(dāng)壓力超過限定值時，就開始放蒸氣，保證壓力鍋不會爆炸。
水中0℃結(jié)冰，體積膨脹。這個是與多數(shù)物質(zhì)不同的地方。如果限制水的體積膨脹，水就無法結(jié)冰。在電視會看到花樣滑冰，這些冰上舞者的鞋子下部是冰刀。冰刀的刃很窄，加上人的重量，就直接壓人冰中，而被壓的細(xì)條冰體積減小，恢復(fù)成為水，這樣有水起潤滑作用，滑冰就很輕松。當(dāng)冰刀離開剛剛形成的水槽后，這些水很快又結(jié)成冰。
空氣被加熱時，體積會膨脹，而重量不變，那么密度就減小。周圍空氣密度不變時，這些熱空氣就因為浮力升上去了。同理，當(dāng)空氣變冷后，體積減小，密度增加，就下沉了。所以家里生火做飯，鍋是放在火上面，這樣可以最大幅度地利用熱。北方有暖氣供應(yīng)的地方，暖氣片都放在窗戶下面，這樣窗外的冷空氣進來，就直接下沉到暖氣片上，很快就被加熱了。
水比較特別。在4℃時，加熱體積增加。降溫體積也增加！也就是說水的密度最大不是0℃（大多數(shù)液體都是在凝固點密度最大），而是4℃。河水結(jié)冰，冰本身浮在水面上，而冰下的水里面，從上到下，溫度是0℃到4℃，生活中水中的魚類，就可以待在最高溫處，4℃的河底。倘若冰密度比水大，那么整個河、湖，甚至海在冬天都變成冰的世界，水中的多數(shù)復(fù)雜生命不能呼吸而無法存活。不過水結(jié)冰后體積變大，帶來一些問題，生命的基本構(gòu)成是細(xì)胞，內(nèi)部充滿了水。當(dāng)這些水結(jié)冰時，細(xì)胞膜就撐破了，生命無法存活。（某些兩棲動物，細(xì)胞內(nèi)有防凍液，在全身都凍在冰中時，細(xì)胞保持液態(tài)）
水的這些特性：存熱性最好、固態(tài)體積大于液體、4℃密度最大。使得生命成為可能，所有的生命，組成身體的物質(zhì)中大部分都是水。比如人體大約70%是水，人體密度和水差不多。所以人學(xué)游泳是比較容易的，尤其是剛出生的嬰兒，已經(jīng)在水里面生活了九個月。
地球上生命非常頑強，從深海海底到高山之巔，從萬年的冰中，到咸澀的鹽池，生命無所不在。但是地球有一個廣闊的地方，居然沒有任何生命，這里比手術(shù)室的滅菌條件還要嚴(yán)酷。在智利北部的阿塔卡馬沙漠，多年不曾降雨，地面沒有一點水分。看起來算不上最嚴(yán)酷的地區(qū)，卻因為沒有一點水，成為生命的禁區(qū)。
夏天冰淇淋、冰棍（現(xiàn)在還有嗎？）很受歡迎。在吃到嘴里瞬間，舌頭感到冰冷，表明熱量正離開舌頭進入冰淇淋。慢慢地冰淇淋化為甜香的液體，此時溫度并沒有提高。在這個過程中冰吸收的熱，稱為熔化潛熱。等冰吸飽了潛熱，就全部化為水，再吸熱，水才升溫。燒開水也有同樣情況，水到了100℃，再吸熱，成為100℃的水蒸氣。溫度保持不變。如果沒有熱量補充，就變不了水蒸氣。這部分熱量成為氣化潛熱。80卡熱量可以讓1克水從0℃升高到80℃，但只能讓1克冰化為1可水。而1克100℃的水變?yōu)?00℃的水蒸氣要540卡！
前面我們提到颶風(fēng)，也稱為臺風(fēng)，就是水蒸氣釋放出的潛熱造成的。在熱帶海面上，海水溫度足夠高（大于27℃），且熱海水足夠深（大于50米），這個就是颶風(fēng)的能量來源。在此海面上，一個巨大的熱氣包離開海面，形成局部真空，此處氣壓降低，形成颶風(fēng)中心。周圍的空氣涌來補充。而涌來的氣流由科里奧利力偏轉(zhuǎn)，形成逆時針（北半球）或順時針（南半球）的大旋渦。大量攜帶水蒸氣的上升氣流包，在空中溫度迅速下降，部分水蒸氣凝為水，釋放出大量汽化潛熱。這些潛熱以風(fēng)的形式出現(xiàn)，高風(fēng)速導(dǎo)致低氣壓（伯努利原理），低氣壓導(dǎo)致令蒸發(fā)增加，繼而使更多的水汽冷凝。大部分釋放出的熱量驅(qū)動上升氣流，使風(fēng)暴云層的高度上升，進一步加快冷凝。這是一個自我驅(qū)動的過程，使得颶風(fēng)越來越強，范圍可達幾百公里，相當(dāng)于一個強力吸熱器。如果海面水不夠熱，熱水量不夠多，就無法維持下去。颶風(fēng)移動過程中，由于不停從海水吸熱，所經(jīng)過的海面溫度普遍下降。當(dāng)颶風(fēng)進入陸地，沒有供熱源了，颶風(fēng)就慢慢消散。當(dāng)然消散前，前面積攢的能量就以破壞的形式出現(xiàn)。
陸地上類似的形式是龍卷風(fēng)，當(dāng)然規(guī)模不能和颶風(fēng)相提并論。也是由大尺度（比海中小的多，不到百米）的上升氣流引發(fā)，多數(shù)旋轉(zhuǎn)方向和颶風(fēng)相同。由于尺度相對科里奧利力有效作用的范圍小，因此有可能出現(xiàn)反方向旋轉(zhuǎn)的情況。另外缺乏熱補充，持續(xù)時間短，移動距離幾公里到幾十公里之間。
思考：
1.我們做飯時，蒸煮常用溫度就是100℃。炒菜溫度超過250℃，燒烤溫度超過500℃。那么低溫能不能做熟飯呢？比如60℃炒菜，50℃煮飯。
2.潛水艇發(fā)射導(dǎo)彈時，一直加熱導(dǎo)彈井底部的水，待其全部變成水蒸氣后，繼續(xù)加熱，壓力越來越大。最后導(dǎo)彈被彈出發(fā)射井，沖出水面，再進行點火。類似情況，魚、雷發(fā)射，航空母艦上的艦載飛機彈射，都用水蒸氣進行。那么航天飛機發(fā)射時，發(fā)射口下面也有大量水，發(fā)射時也是滾滾水蒸氣大量涌出，這個是起什么作用呢？*
3.使用熱水時，不小心會將少量熱水倒在皮膚上，很快皮膚會變紅。但是如果不小心讓蒸汽噴在皮膚上，很容易起大水泡。
4.冬天找一大塊冰，找一截細(xì)鐵絲，把鐵絲掛在冰上，兩端拴一個重物，比如啞鈴，觀察鐵絲情況。鐵絲能一直掛在冰塊上嗎？
5.永久凍土，是溫度常年低于0℃，土內(nèi)部的水分完全以冰的形式存在，分布在高寒地帶。在中國，一般凍土上方覆蓋著數(shù)米到數(shù)十米厚不等的正常土壤。凍土可以保持水分，上方土壤的水受凍土阻隔無法滲透流走，
地下水位較高，容易形成濕地和草甸。氣候變暖，凍土消失，地下水位下降，上層土壤無法保持水分，濕地草甸逐漸荒漠化。在青藏高原、大興安嶺，易見這樣場景。若大范圍凍土消失，表面地形會有什么變化？
6.家用空調(diào)，都安裝在房間接近頂部的位置。暖氣片，都安裝在窗戶下方。為什么？
7.夏日午后，經(jīng)常可以觀察到小旋風(fēng)。在地面的某個區(qū)域，突然出現(xiàn)一股旋風(fēng)，刮起少量塵土。塵土在風(fēng)中的移動顯示出旋風(fēng)的旋轉(zhuǎn)和路徑。那么此刻旋風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向是由什么決定的？仔細(xì)觀察起旋風(fēng)的初始區(qū)域，和其他區(qū)域有什么區(qū)別？
8.滑翔機，沒有動力，在空中滑翔。按道理應(yīng)該是高度越來越低。但實際上一個經(jīng)驗豐富的飛行員，可以維持高度不降，甚至越來越高，他是怎么做到的？*
9.有時候，龍卷風(fēng)經(jīng)過河面或湖面，會吸走大量水，甚至攜帶一些魚類和兩棲動物。導(dǎo)致另外一個區(qū)域下起了動物雨。那么會不會把動物帶到一個生活環(huán)境截然不同的地區(qū)？
10.在正常情況下，0℃水開始結(jié)冰。若水非常純凈，沒有任何雜質(zhì)，則到-70℃，水也不會結(jié)冰，稱為過冷水，如右圖。水管噴出過冷水，在接觸雜質(zhì)后，瞬間結(jié)冰。夏天有時候會有冰雹。這是在高空中存在強烈的對流氣流，小水滴在氣流作用無法降落，融合成為大水滴才降落下來。當(dāng)氣溫低于0℃，凝為冰粒，下落過程中受氣流影響，可能再次上升，多次聚集水滴，逐漸增大。當(dāng)個頭增加到氣流無法維持時，降落下來，成為冰雹。冰雹形成中，影響體積大小的因素是什么？
11.在海戰(zhàn)中，當(dāng)某艘船即將沉沒，周圍的船員都趕緊離開船附近水域，為什么？
12.在影視節(jié)目中，子彈射入水中，我們看到一條條氣泡形成的軌跡，這個軌跡就是子彈經(jīng)過的路徑。但氣泡卻又慢慢消失了，并沒有上升到水面上。結(jié)合前面第四節(jié)最后部分的內(nèi)容，解釋氣泡形成的原因。*
13.海水的熱量來自太陽，在不同緯度，太陽提供的能量不同，平均意義上赤道區(qū)域是最強的。由于洋流在赤道附近是自東往西流，那么這些洋流就持續(xù)被太陽加熱，溫度緩慢增加，大約每移動經(jīng)度一度，增加0.1℃，在洋流向兩極方向移動時，向周圍環(huán)境散熱，每移動緯度一度，大約降低0.3℃.當(dāng)洋流進入高緯度區(qū)域自西往東流時，由于周圍環(huán)境溫度低，此時洋流依然保持降溫，幅度也是每經(jīng)度0.1℃。同理洋流自極地向赤道移動時，洋流從周圍環(huán)境吸熱，溫度保持每緯度0.3℃的增幅。由此可以斷定，颶風(fēng)易形成于大洋的西部區(qū)域。
在溫度不同的2個物體之間，就產(chǎn)生熱量傳遞。熱量傳遞有3種形式。
1.對流，發(fā)生在相同類型的流體內(nèi)部。比如空氣對流，水對流。熱流上升，寒流下降，互通有無，最后溫度一致，結(jié)束熱量傳遞。大氣有對流層，海洋有洋流、環(huán)流，專門進行熱量重新分配，造成了地球多樣的氣候環(huán)境。熱量分配同時帶來了水的分配，把海洋中的水運輸?shù)疥懙厣希瓿闪松M駐陸地的先決條件。
2.傳導(dǎo)，發(fā)生相互接觸的對象之間，同時不滿足對流條件。固體之間、固體和流體之間都以傳導(dǎo)的方式進行熱量傳遞。熱水澡可以讓一個凍萎靡的人恢復(fù)活力。因紐特人也是這種散熱方式。不同物體熱傳導(dǎo)的性能不同，金屬一般都比較好。陶瓷、皮革相對差。熱傳導(dǎo)性能最好的是銀，是鐵的9倍。鋁也不錯，是鐵的4.4倍。銀做炊具，價格有些高昂，普通人用不起。不過用銀作碗、盤子有個好處，可以殺死部分菌。鐵，雖然傳導(dǎo)性能不是最好，但勝在價格便宜量又足，所以我們做飯的鍋多數(shù)都采用鐵。鋁輕又傳熱快，為什么不采用鋁呢？鋁表面有一層氧化膜，可以防止鋁進一步氧化，阻止人體攝入鋁。但刷鍋的時候用鐵刷子刮擦，烹飪時一些酸性物質(zhì)都很容易破壞膜。所以炒菜鍋基本用鐵鍋。高壓鍋一般燉燒煮，用鋁制造重量輕，便于使用，同時不易破壞表面的氧化膜。人體需要很多金屬，但鋁不在其中，所以盡量少攝入鋁。
3.輻射，發(fā)生在不接觸的對象之間。比如太陽通過輻射，給地球帶來大量熱。空氣對流時，熱空氣進入高空，通過輻射的方式把熱量散發(fā)到太空。并且所有物體，只要溫度不是-273.15℃，就向外輻射，區(qū)別只是輻射量的大小。輻射和對流是宇宙中最可行的熱方式，比如太陽表面和內(nèi)部采用對流方式，對外采用輻射方式。傳導(dǎo)很少，因為宇宙中絕大多數(shù)可察覺物質(zhì)都是流體形式存在。
通常情況下，熱傳遞都是多種形式共同作用。燒開水，熱源和壺之間是傳導(dǎo)和輻射，壺和水之間是傳導(dǎo)，水之間是對流。冬天烤火，是輻射和對流。燒烤，是輻射和傳導(dǎo)。
熱量產(chǎn)生有多種方式：燃燒、核反應(yīng)、壓縮、摩擦。通常我們做飯，使用天然氣、液化氣、煤炭、木柴、秸稈等等，燃燒產(chǎn)生大量熱來進行。燃燒有溫和的方式和猛烈的方式。像汽車發(fā)動機（燒油）、蒸汽機（燒煤炭）、做飯等類型的燃燒，是猛烈方式，燃料（被燃燒的材料）燃燒速度快，伴隨著光、聲等效果，產(chǎn)生出大量熱。溫和的方式就比如我們的身體。我們每天攝入一定量的食物，這些食物經(jīng)過消化后變成身體組織可以處理的物質(zhì)，在體會燃燒。產(chǎn)生的能量一部分用來維持我們的體溫，保障我們的行動能力，另外一部分儲存在細(xì)胞內(nèi)。若這些物質(zhì)消耗不完，多余的就以脂肪的形式存儲下來，身體就慢慢發(fā)胖。所有動植物內(nèi)部都是溫和燃燒方式。現(xiàn)在航天飛機內(nèi)部用的電池，很多都是燃料電池，通過燃燒氫氣來產(chǎn)生電流，這種燃燒也是溫和方式。太陽及其他恒星，都是通過核反應(yīng)產(chǎn)生熱，這是宇宙的普遍現(xiàn)象，燃燒是罕見現(xiàn)象。而在地球上，燃燒隨時都在進行，而核反應(yīng)發(fā)生在核電站、核試驗、核攻擊、核動力罕見等場所。和宇宙普遍情況截然相反，如同目前所知生命僅在地球上出現(xiàn)一樣！一般情況下，固體和液體很難壓縮，氣體很容易壓縮。自行車打氣筒、握力橡膠圈，在多次使用后，都能感受到壓縮產(chǎn)生的熱。裝甲車的實心輪胎，行駛時各部分都被循環(huán)壓縮，長時間行駛后變得滾燙。摩擦產(chǎn)生熱，是生活中普遍現(xiàn)象。最早的應(yīng)用就是鉆木取火，這種史前生火方式現(xiàn)在看起來雖然不便，卻是人類從被動引火到主動生火的一個轉(zhuǎn)變（因紐特人的傳統(tǒng)生火方法就是鉆木取火）。多數(shù)情況下，摩擦產(chǎn)生的熱量雖然不多，但是帶來很多麻煩。從工業(yè)革命開始，潤滑油的廣泛需求就是為了減小摩擦。
思考：
1.自然中的空氣和水的對流廣泛存在，戶內(nèi)主要是強制對流。廚房的抽油煙機、大廳的排風(fēng)扇、樓房的中央空調(diào)，這些強制對流都要消耗電力。但自然對流可以用來發(fā)電，了解目前新能源狀況，列舉有哪些自然對流發(fā)電方式？
2.去參加宴席，通常涼盤和熱菜都有。觀察碗、盤子，多數(shù)都用陶瓷材料。更早時期，木制餐具也曾廣泛使用，為什么？另外古羅馬時期，鉛制餐具廣泛使用，造成鉛中毒情況很普遍。
3.夜視儀（紅外線成像儀），在晚上無可見光線時，可以觀察周圍環(huán)境情況，為什么可以呢？
4.保溫瓶保溫，密閉性隔絕了熱對流可能，軟木塞和玻璃瓶膽內(nèi)的近似真空降低了熱傳導(dǎo)，瓶膽內(nèi)膜鍍銀（鎂），阻隔了熱輻射。在保溫瓶里面灌半瓶沸水，如果立即塞上軟木塞，很快軟木塞會飛出來。如果等一會再塞上。時間長了，軟木塞不容易取出。為什么？
5.城市里面有大量熱產(chǎn)生。工廠的煙筒、汽車的尾氣、空調(diào)的排氣口、廚房的灶臺、我們的呼氣，都貢獻著熱。城市內(nèi)植被少，水泥建筑多，空氣中廢物多，太陽輻射更容易蓄積。最終造成整個城市空氣平均溫度比郊區(qū)高。這個稱之為熱島。鄉(xiāng)村里面也有類似效果，不過熱島小很多。什么情況下熱島效應(yīng)更大？什么情況下熱島效應(yīng)變小呢？
6.有煤有豐富水資源的地方，經(jīng)常有火電廠。其標(biāo)志性建筑是冷卻塔，側(cè)面呈弧形，頂上是熱氣騰騰的模樣。直接讓這些熱水冷卻，浪費很大。在北方，冬天可以使用這些熱水供暖。另外，熱水可以用來增溫，養(yǎng)殖熱帶魚類，比如羅非魚。這是一種性價比非常高的魚類。
7.不同的食物燃燒的熱量差別很大，把固定重量的某物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量稱為熱值。通常食物中熱值最大的是奶油，和無煙煤的熱值差不多。花生的熱值也很高，雖然比不上酒精，比松木高。白糖也不錯，比松木稍差。令人意外的是瘦肉的熱值很低，和大米飯差不多，大約是松木的四分之一。炒雞蛋比煮雞蛋熱值高30%。可發(fā)現(xiàn)油脂含量高或油炸的食物，熱值高。食物的熱值高不等于營養(yǎng)高。并且食物熱量太高，超出人體需求太多，身體就發(fā)胖。雖然人體維持體溫和活動都需要熱量，而人體本身的運轉(zhuǎn)卻需要其他類型的物質(zhì)。營養(yǎng)豐富是指產(chǎn)生熱量的物質(zhì)、代謝必須的物質(zhì)、保持防護能力的物質(zhì)都有的食物，通常某一類食物營養(yǎng)不全，偏愛某種食物的話對身體可能不利，所以要搭配吃。粗加工的米面（熱量、維生素）、蔬菜（纖維素、維生素）、肉類（動物蛋白）、水果（維生素、微量元素）、豆類（植物蛋白、耐久性淀粉）混合，并且肥瘦肉都吃。當(dāng)食物類型單一時，會形成特定的飲食習(xí)慣。因紐特人很難獲取植物型食物（蔬菜），無法以這種方式補充維生素。但他們吃的肉食熱加工程度很低，內(nèi)部的維生素并沒有破壞，所以安然無恙。西方人吃的牛排經(jīng)常是5分熟，或3分熟，帶著血絲吃，可能也有這方面的習(xí)慣因素。
8.冬天雙手冰涼，用力互相搓，一會手熱起來。是摩擦生熱的結(jié)果嗎？
9.長途客車，尤其是在山路上運營的，在車?yán)镆话阌袀€大水桶，持續(xù)向剎車片滴灌。為什么要這樣做？
10.在戶外探險時，攜帶一張金屬膜熱量反射布是很有必要的。當(dāng)衣服濕透失去保暖效果，需保溫時，這張輕便的熱量反射衣可以有效防止體溫快速下降。
（本章完）