如何打造一條會噴火的龍:可從自然界尋找靈感

2020-11-29 驅動之家

噴火的巨龍是神話中迷人的存在。如果龍確實存在於自然界中,它的噴火能力會來自哪裡?

新浪科技訊 北京時間5月7日消息,據國外媒體報導,任何神話世界中如果沒有一條會噴火的龍,都是不完整的。4月25日,SpaceX公司的創始人伊隆·馬斯克(Elon Musk)在社交媒體上說了這麼一句「順道一提,我正在打造一隻生化機械龍」。這該不會是認真的吧?不過,如果有人想打造一條龍,那如何能使它噴火呢?自然界中似乎可以找到能讓一條龍噴火的所有要素,而不必藉助人造的噴火器。只需要一些化學物質和一些微生物,以及某種小型沙漠魚類的啟示。當然,首先要說明的是,本文中所說的龍,主要是西方神話故事中的龍。

火的產生需要三種基本要素:一些點火的材料,保持燃燒的燃料,以及在燃燒時與燃料反應的氧氣。氧氣是最容易找到的,因為地球大氣層中有21%是氧氣。更大的挑戰是如何點火和添加燃料。

美國內華達大學的生物學家弗蘭克·范布勒克倫(Frank van Breukelen)指出,要打出火星只需要打火石和鐵條。如果一條龍具有像鳥類砂囊一樣的器官,那它就可以吞下石頭並儲存起來。對鳥類而言,這些石子能彌補缺少牙齒的遺憾,使它們能磨碎比較粗硬的食物。在龍的體內,吞下的打火石如果與鐵條摩擦,或許就能打出火花。「可能你想到的是某種像打火石一樣的鱗片,能互相摩擦,」範布勒克倫說道。如果打出來的火花足夠靠近易燃的燃料,那就可能產生足夠猛烈的火焰。

然而,還有一些能夠自燃的化學物質並不需要最初的火花,它們在接觸到空氣的瞬間就能爆發出火焰。美國聖愛德華大學的化學家雷切爾·伯克斯(Raychelle Burks)以銥元素作為例子,這種元素在作為不同分子的組分燃燒時,會呈現不同的顏色。有一種是暖橙色或暖紅色,另一種則是紫藍色(這是美劇《冰與火之歌:權力的遊戲》中殭屍冰龍噴出藍色火焰的方法之一)。

不過,銥元素並不常見,特別是在生物體內。伯克斯解釋道:「元素周期表中有許多很酷的元素,但(生物體)只利用了很少一部分。」

美國美利堅大學的化學家馬修·哈廷斯(Matthew Hartings)指出,龍或許可以在家門口找到許多易燃的化學物質。假設龍喜歡住在洞穴裡,哈廷斯說:「如果你住在一大堆石頭中間,你就能獲得大量的鐵。」

鐵能與其他化合物反應,比如硫化氫。這是一種易燃氣體,聞起來像臭雞蛋味。近期的一項研究稱,天王星雲層中含有一層硫化氫成分。在原油中也能發現硫化氫。當硫化氫與鐵碰到一起時——比如在生鏽的輸油管道裡——就會產生鐵的硫化物。鐵的硫化物在空氣中並不穩定,會產生具有爆炸性的混合物。有時候,鐵的硫化物還是天然氣管道或儲罐爆炸的罪魁禍首。

另外一種爆炸物選項來自安妮·麥考菲利(Anne McCaffrey)的系列小說《帕恩星球的龍騎士》(The Dragonriders of Pern)。書中的龍會嚼食含有磷化氫(含有1個磷原子和3個氫原子的化合物)的巖石。磷化氫在氣態下極其易燃,可以和氧氣反應形成爆炸性的化合物。磷化氫還具有很強的毒性。只要7滴磷化氫液體就能殺死一個人。

鳥類和鱷魚等動物能將小石子儲存在砂囊中,幫助將食物磨碎。在龍的體內,砂囊或許是存放打火石和鐵塊的絕佳場所,二者摩擦就能打出火花。

龍噴的是什麼樣的火

奇幻小說中的龍經常會噴出燃燒的氣體,但是氣體會帶來一些問題。哈廷斯指出,氣體會膨脹並充滿所有可能的空間。為了把氣體保存起來,龍必須使用壓力。因此,諸如磷化氫等化學物質並不是完美的龍焰配方。磷化氫的沸點是攝氏零下84度。在室溫(或者龍的呼吸溫度)中,磷化氫顯然是氣體狀態。「你必須把它壓縮起來,」哈廷斯說道。當磷化氫在高壓下變成液體時,龍才能儲存和使用。

此外,氣體還很難控制。如果龍剛好迎著風噴出熾熱的氣體,那火焰就可能被吹回來,炙烤龍的面部。哈廷斯解釋道:「如果你噴出來的液體而不是氣體,你就有更大的機會控制住火焰的發散。」

液體還可以避免自己被燒到。含有易燃氣體的液體會在接觸到空氣的瞬間被點燃。速度就是關鍵。哈廷斯指出:「只要你以足夠快的速度把它噴射出來,物質顆粒就會在距離你的面部足夠遠的時候才接觸到空氣。」

伯克斯表示,液體和氣體的結合可能效果更好。在氣溶膠噴霧中,微小的液滴懸浮在加壓氣體中,在氣體釋放時噴射出來。如果龍噴射的是氣溶膠噴霧,那就既看起來像氣體,又具有液體的某些性質。微細的氣溶膠噴霧接觸空氣時就會被點燃,看起來就像龍在噴射火焰。

這些魔鱂具有產生乙醇的能力,這能幫助它們在極端環境中存活下來。

小魚也有大本領

自然界中有許多能燃燒的液體。在生物體內,有兩種產物可以為龍提供支持:乙醇和甲醇。二者都可以作為燃料。我們已經知道,酵母菌就能產生乙醇。這些單細胞真菌生物能將糖類轉化成乙醇,因此可以用來釀造啤酒喝其他酒精飲料。一條肚子裡充滿酵母的龍其實並不算太驚人,畢竟在人類和其他許多動物的身體中,酵母都是微生物群系的一部分。

甲醇的產生需要甲烷。反芻動物(包括牛、山羊、長頸鹿和鹿等)會在消化食物的過程中產生甲烷。某些細菌能將甲烷轉化為甲醇。龍的食物中需要有充足的纖維,才能產生甲烷,並提供給體內的細菌,再進一步生成甲醇。

事實上,龍甚至不需要藉助這些細菌。魔鱂(學名:Cyprinodon diabolis)就不需要它們。這種小魚生活在美國內華達州莫哈韋沙漠的「魔鬼洞」(Devil’s Hole),這是一個石灰巖洞穴,裡面有天然的溫泉池。範布勒克倫及其同事的研究顯示,魔鱂能在極短時間裡為自己造出「一杯威士忌」。

魔鬼洞的溫度能達到攝氏33度,而且本身水中的氧氣含量就很低。當水溫上升時,水中的氧含量會變得更低——低到魚都難以呼吸。因此,魔鱂會停止使用氧氣,轉而以厭氧方式產生能量。在這一過程中,魔鱂體內會產生乙醇。在2015年發表於《實驗生物學雜誌》(Journal of Experimental Biology)的論文中,範布勒克倫和同事們指出,魔鱂在水溫更高時產生的乙醇量是低溫時的7.3倍。

龍或許能在類似的環境中製造出乙醇。不過範布勒克倫表示,情況不會如此簡單。他說:「我不認為會有保存乙醇的方法,你無法把它儲存起來。」原因在於:乙醇能滲透一切,可以「直接穿過膜結構」,包括細胞膜和包裹著組織器官的膜。當乙醇在魔鱂體內生成後,最終會滲透到整條魚體內,而不會集中在某些器官或囊袋中。因此,任何能產生乙醇的龍都會面臨如何儲存的難題。

魔鱂產生的乙醇不能被點燃,龍也不會噴火毀滅世界;一種是嬌小而瀕危的魚類,一種只是虛構的動物。如果馬斯克希望打造出能噴火的生物機械龍,或許並不需要藉助化石燃料,自然界的生物就可以給他足夠的靈感。

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