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缺水,未来人类最大挑战

时间:2008/6/15 10:33:32 点击:25115

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  没有水就没有人类文明。现代人的生活一时一刻离不开水。面对焦渴的地球,未来的道路十分艰难,人类必须研发高新技术,降低消耗,共同为解决水的问题作出不懈努力

 

  [西班牙《趣味》月刊5月号发表文章]题目是“揭开水的奥秘”。

  去年7月,一些天文学家宣布在一颗行星的大气层中发现了水蒸气。它位于距离我们60光年的狐狸座中,名为“HD189733b”,也被称为“热木星”。这颗行星的体积和地球相仿,但轨道距其绕行的恒星非常近,仅为水星与太阳之间距离的1/8。

  然而,它并不是天文学家们发现水的唯一太阳系外行星。去年4月,洛厄尔天文观测站已在另外一个名为“HD209458b”的行星上探测到水。这颗行星距离其围绕的恒星700万公里,温度非常高。1999年被发现后不久,其大气层中就被确定有氧气和碳元素存在。目前专家们相信,在这些太阳系外行星的所有大气层中都有水蒸气出现。

 

太空中的水

 

  太空中有很多水,但位于不同地点,储量也不尽相同。例如,在美国哈佛-史密森天体物理学中心利用亚毫米波天文卫星(SWAS)收集到的数据中,一些具有矛盾性的发现格外引人注意。在温度高于绝对温度30度的地区发现的水比预期的少很多。然而,在产生新恒星而且气体温度高达上千度的云层厚重的地区,水的储量要多出上万倍。

  2000年英国科学家在太阳系形成后200万年产生的陨石内部发现了含水的晶体盐,和美国的莫纳汉斯陨石、摩洛哥的扎格陨石的情况类似。实际上,陨石都携带固态水。地球诞生仅几百万年时,陨石剧烈撞击地表,留下的水占目前储量的30%。

  主要位于火星和木星轨道之间的小行星也为地球运送水。硅质陨石含水0.5%,碳质球粒状陨石含水量达到20%。

  我们在太阳系中的很多极端环境下都发现了水,例如太阳黑子中和月球上都存在水蒸气。

  木星的卫星上也发现了水。水体表面温度为零下170摄氏度,完全呈冰冻状态。但在厚厚的冰层下隐藏着一个浩瀚的咸水海洋。

  水的踪迹也出现在天王星和海王星上。一般观点认为,这两颗行星具有三层:由氢气和氦气组成的大气层;由水、液氨和液态甲烷组成的液体层;由相同物质和岩石组成的核心。有些人甚至猜想在这两颗行星之上存在深达8000公里的炽热海洋。

  数百万年前的火星并不像现在这样干旱荒芜,表面也曾有水流过。火星在550万年前变成荒漠,此前其表面上的水流流量达到每秒10亿立方米。

  通过上述描述不难看出,宇宙中水无处不在,但它来自何方?数百万年前,超新星爆炸后向太空释放出碳、氧、氮、硫、硅和铁原子。当时星际环境中只有宇宙大爆炸产生的氢和氦原子。发生化学反应之后,少量氧气最终形成了水蒸气。随着温度的降低,水蒸气变成了固态的冰。于是这种丰富而独特的物质来到了地球。多年来人们一直对水的沸点、冰点、表面张力和热容量等特性进行研究,但仍未完全揭开水的真面目。正如一位专家所言,在所有已知的液体中,水可能是被人们研究最多的,但也是最不为人所知的一种。

 

奇特的水

 

  毫无疑问,有水的地方就会有生命出现。直到3亿年前,地球上的生命一直生活在水中。也就是说,生命自出现以来仅在陆地上生活了7%的时间。此外,水可以抵消重力。飞翔的鸟儿体重不能过重,而蓝鲸这种庞然大物却可以在海中任意遨游。

  古希腊人使用水钟来计算法庭上的辩护时间。在古罗马,这种工具的用途仍和政治家与律师有关。一个水钟的水量可以持续流淌大约20分钟。

  水为热学揭开了帷幕。1597年,伽利略用水制成了第一支温度计。虽然很快被酒精取代,但水为十七八世纪的人们测试温度发挥了关键作用。18世纪初期,牛顿设计了一个分为12个等级的温度表,其中零度就是水的冰点。

  伴随着有关水的科研成果,也出现了一些将其视为灵丹妙药的迷信思想。对水的迷信超越了种族的界限,甚至促使一些科学家作出介于科学和伪科学之间的推断。20世纪60年代末就曾出现过一个极具争议的事件。苏联的科学家宣称发现了一种新的水的存在形式,并且展示了照片和装在试管里的样本。它具有奇异的性质:在150摄氏度沸腾,零下40摄氏度结冰,粘度近似于糖浆。

  科学家将一点水封入细小的玻璃导管中,导管上部很快就出现了另外一个柱体,而且似乎在不断增长,逐渐取代下部的柱体。虽然液体会蒸发,并且其浓度会增加,但压力和温度是不变的,因此上述现象没有合理的解释。苏联人给出的理由是,它是水继固态冰之后的另一种存在形式。

  当时,参与研究的前苏联科学家鲍里斯·V·杰里亚金还提出一个至今仍颇受争议的观点,即液体的表面可以改变其结构。他还认为,水在浓度增加之后还会“记得”变成水蒸气之前的结构。

  很多西方人试图复制此项发现,甚至称其为“世纪发现”,并取名“聚合水”。致力于获取聚合水的实验室遇到的问题在于污染。已获得的样本很少,而且极少量的其他物质就会将其彻底改变。1969年,生物物理学家丹尼斯·鲁索发现自己的汗液也具有和这种奇特的水相同的性质。后来的研究显示,“聚合水”只不过是不纯净的水,这就可以解释为何其沸点和冰点发生了变化。到了70年代,“聚合水”彻底被科学家们弃置脑后。

  然而,这个观点并未完全消失。90年代中期,美国的一家公司宣称他们出售的“PentaWater”因经过声波处理而具有延缓皮肤衰老,增强免疫能力,加快伤口痊愈,降低血压和胆固醇的作用。

 

焦渴的地球

 

  灌溉是人类发明的首要技术之一。没有水就没有人类文明。热带岛屿巴厘岛就是一个明证。那里从高山到大海遍布由闸门和沟渠分割成形的稻田。其中有些长达几公里的水渠是公元4世纪挖掘的。不过最有趣的是,当地人对水的使用和宗教活动密不可分。

  巴厘岛当地人除了在庙宇里组织宗教活动之外,还在其中讨论通过新的灌溉系统。农民属于不同的宗教团体,并且参加所有的宗教典礼。此外,澳大利亚土著人通过传授歌曲的方式告知后人水井和泉水的所在地。徒弟的任何错误都意味着将来不能准确找到水源。在墨西哥古代的欧尔梅卡部落,灌溉系统均呈“U”形,这也和宗教有渊源。埃及法老专门修建了“水屋”,在其中计划和组织建筑堤坝,修缮沟渠,以便在尼罗河每年一次发洪水的时候趋利避害。

  运水系统出现得较晚。公元前691年,亚述国建造了第一个长达55公里的运水系统,将河水运往王宫的花园。打开水龙头这个简单的动作距今时间更近。20年前,在西班牙的一些地区还不难看到有人从井中取水。甚至在21世纪的今天,全球1/5的人口还因缺少饮用水而不得不为一点水而奔波数十公里。据统计,每天全球总用水量的3%为人类生活用水,93%用于农业,4%用于工业。而在生活用水中还存在着巨大的不平等。西方国家的用水量是世界其他地区最低需求量的5倍。

  造成农业耗费大量水资源的原因之一在于大水漫灌式的灌溉方法。除了灌溉造成浪费之外,我们也要为饮食付出代价:生产1公斤稻米需要2000至5000升水,1公斤奶酪需要5000升水,而收获1公斤咖啡的耗水量则高达2万升。人类未来需要面对的最大挑战不是饥饿,而是缺水。

  上个世纪全球人口增长到原来的3倍,而用水量增加到6倍。有人估计在未来的50年中全球人口还会增加50%。除此以外,加之发展中国家工业活动的增长,我们的前景将是毁灭性的。联合国预计,未来25年后水将成为在非洲地区导致冲突和战争的主要诱因,因为那里的河流和湖泊属于不同国家。

  在中东地区,水变成了比石油更加贵重的财产。土耳其和叙利亚就因幼发拉底河而出现了关系紧张的情况。危机不仅发生在边境地区,有些国家内部的河流也经常发生断流。中国的黄河水位下降较大。美国的科罗拉多河也出现了类似情况。湖泊也遇到相同困境,例如咸海在几十年内面积缩小了一半。

  菲律宾采取措施以控制海平面上升,但却不制止过度开采地下水。发达国家的情况更甚:美国很长时间都不要求居民使用水表,欧洲无数的水利工程使90%的自然排涝地区消失,进而导致了特大洪水。

  解决这些问题的办法之一就是使海水脱盐变成淡水,但此项工艺造价高昂,不具有可行性。未来的道路十分艰难,人类必须研发高新技术,降低消耗,共同为解决水的问题作出不懈努力。

 

 
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