人類生活在一個「空氣之海」的海底——確切地說,這個大海裡的空氣有520萬億噸重。
這麼多的大氣被均勻塗抹在地球表面的一個薄層上,而其中的99%又分布在地面以上18英裡的範圍內。這18英裡的大氣層就像一個巨大的「氣象劇場」。
其中上演著既華麗又可怕的自然現象——從傾盆大雨到狂暴颶風,從電閃雷鳴到雪落荒原,反覆無常,難以捉摸。
地球的大氣壞境是如何形成的?它如何塑造了我們身居的世界?為什麼說「雲就是天氣」?
讓我們一起漫遊於這片神奇的空氣之海。
一朵雲就是一個星系,由微小水滴組成。它們無視重力,懸浮於空氣中,就像糖漿中的氣泡。
在大多數雲裡頭,大量失重的水滴都穩穩呆著,但如果雲很大,並有其他力量作用於液滴——舉例來說,熱對流產生的上升和下降氣流,或雲在山間上上下下,那麼一些液滴會發生碰撞,合併成更大的水滴。
如果繼續合併,最終它們會變大到開始被重力往下拉拽,一路收集更多的水滴,直到變成雨滴。當雲裡面的水蒸氣,也會開始下降,但如果雲底部的溫度高於冰點,它們就會融化成雨。
如果我們跟著一顆從雲層高度往下落的雨滴,那必須繼續加快步伐,因為它一邊落一邊加速,達到一個限度。如果是在真空中,雨滴的加速將一直持續下去,但在空氣中的話,空氣阻力會減緩它的下落。
當重力和空氣阻力相互平衡時,水滴停止加速,並達到最終速度。當然,雨滴的大小和重量決定了這個速度能有多大:越重,則越快。
並不是說雨違背了伽利略的定律——大型物體和小型物體具有完全相同的加速度——只是就其大小與質量之比而言,小雨滴遇到的空氣阻力更大。
這和羽毛比卵石下落慢的原因是一樣的。直徑小於0.5毫米(鹽粒大小)的毛毛雨,其最終速度為每小時4.5英裡,而直徑約為5毫米(家蠅大小)的大雨滴最終速度為每小時20英裡。作為對比的話,可以來看看一個下落的人,會以每小時125英裡的最終速度衝向地面。
雨滴的形狀不像淚滴。最小的像構成毛毛雨或蘇格蘭霧的那些雨滴,幾乎是完美球形。
當它們變得更大,達到5毫米範圍,底部將由於空氣阻力而變平,呈現出一種像圓麵包一樣的輪廓。超過5毫米的雨滴在它們的圓麵包底部形成了一個凹坑,看上去越來越像蘑菇傘或肥大的降落傘。9毫米是雨滴的尺寸上限。
如果大於這個值,就會分裂成更小的液滴,因為在較高的最終速度下,空氣阻力與速度平方成正比。
另一個影響下降速度的因素是大氣的密度。即便重力更低,火星上的雨滴也會比地球上的雨滴下落得快,因為火星上幾乎沒有空氣阻力。
在過去的幾千年裡,我們星球的大氣密度可能發生過變化,但直到最近我們才找到辦法測量這些變化,在南非普裡斯卡附近的一個農場裡發現了雨滴印記的化石。
火山噴發出來的一層新火山灰變成了巖石,保留下這些痕跡。通過對巖石做年代鑑定,這場過境陣雨被證明是發生在27億年前。
分析這些微小隕石坑的科學家們意識到,它們不僅僅是一個時間膠囊,更是大氧氣事件期間大氣厚度的快照。
他們估計,這些古代雨滴的直徑為3.8到5.3毫米之間,考慮到濺出來的半徑,大氣密度與今天相比沒有多大不同。所以吹在時間旅行者臉上的風和今天地球上的任何風在感覺上都一樣。
(加)克里斯多福·杜德尼 著
小莊 譯
出版社:浙江大學出版社 | 耕雲
極端天使越來越頻繁地威脅人類的生活,如何與自然和諧共生將是未來人類優先考慮的議題之一。《空氣之海漫遊指南》從科普、歷史、社會、文學等多角度闡述了天氣現象,同時引領讀者著眼於人類的未來,深入思考壞境問題。
本書的作者克里斯多福·杜德尼是屢獲殊榮的暢銷書作家,出版有四本非虛構作品和十一本詩歌集。曾四次獲得加拿大總督獎提名,並贏得加拿大廣播公司文學競賽的詩歌獎。目前居住在多倫多,在約克大學教授寫作。
陽光是美味的
雨是清新的
風支撐著我們
雪令人振奮
真沒有所謂壞天氣這種東西
只有各種各樣的好天氣
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