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大气层不愧为地球的“大衣”

沈叶华




大衣,价格昂贵,材质珍贵,一向为人追捧,那么,我说大气层就是地球 的“大衣”,你相信吗?

从太空看地球的大气层,蓝蓝的、毛毛的一层,好像给地球披上一件可爱的“大衣”。然而,大气可比大衣的作用大得多了,它不止能保暖那么简单啊,还是人类生存的必要条件之一。没有大气中的氧气,我们怎么呼吸?地球若没有大气层的保护,那么地球白天将被太阳烧烤得滚烫滚烫,太阳下山后热量迅速消散,致使气温直跌到冰窟窿的水平,令地球不再宜居;没有大气层的抵挡,小行星(巨石)横冲直撞地球,如冰雹砸向我们,人类血肉之躯怎承受得了……地球的大气层更像柚子厚厚的外皮,严严实实保护着里面甜甜的果肉——地球的山川草木、动物与人类。

大气自然也受到地心引力的吸引,在包裹、护卫地球的同时也压迫着地球,以及地球上所有的东西——当然也包括人类。由于空气无所不在、无孔不入,地球上任何东西的表面积没有毫厘能逃脱空气的挤压,这挤压的力就是我们所说的大气压。大气压虽压迫我们身体,但没这个压迫,我们还活不成呢。

这样说来,我们从头到脚,凡接触到空气的——五官四肢,全身皮囊,都被空气压迫着,可我们咋就没感觉?没被压垮压扁?如何证明身上有这“大气压”压着?好,我们来做个小实验,让“隐形”的大气压立即“现身”。

大家都知道,海拔越高的地方,空气越稀薄(氧气含量随之减少,所以登珠穆朗玛峰的人需携带氧气瓶),反之,海拔越低的地方,空气越稠密,这两地的大气压力有什么不同?我们来做个小实验看看吧。

我们登上了海拔4300米的山顶,此时把一个空塑料瓶拧上瓶盖,大家看好了:这时瓶子是规整的,不瘪不胀(下图1);我们把它带到海拔2 700米的山腰时,瓶子被捏扁了(下图2);再带到海拔300米的山脚时,瓶子被扭成麻花了(下图3)。我们一路上小心翼翼护着瓶子,是谁暗中搞破坏?它就是大气的压力。

在高海拔的地方,空气稀薄,此时瓶子内外的气体都是稀薄的,对于瓶身來说,内外的压力同样低,因而达到平衡,所以瓶子保持原来形状(上图1);往低海拔的地方走,四周空气越来越浓密,压力越来越强大,四面八方压向瓶子,瓶子由于是拧着盖子的,瓶内仍保持着原来的“低气压”,此时就抵不住外面的“高气压”,瓶身就被压塌了(上图2、图3)。这就是大气的力量(气压),它随着海拔的降低而升高。

所以说,空气虽看不见、摸不着,但是“力大无穷”。历史上有一个著名的马德堡半球实验,是德国科学家奥托-冯-格里克在1654年完成的。格里克先将两个铜半球(铜球的直径约为0.5米)合上,将球内的气体全部抽出,此时在球外的两侧分别用8匹膘肥体壮的马将球往相反方向拉,但不管马夫怎样吆喝、鞭打马匹,16匹壮马怎样喘着粗气,使劲用力,就是无法将铜球拉开。

是什么魔力将两个半球死死粘合(两半球接合处没有什么强力胶),铜球内可是空荡荡,连空气都没有!这魔力,就是由于球内没有空气、没有气压,而球外有空气、有气压,球外的气压死死顶着两个半球组合的圆球的外壁,球外的气压大得超过16匹壮马的马力,所以铜球无法再分开成两个半球。

那如何才能掰开这两个半球?这时,科学家格里克把铜球上的阀门拧开,空气顺着阀门进入球内,球内进了空气,球内的气压与球外的气压一致,内、外力量均衡而抵消了,此时双手把两个半球往相反方向一拉,球自然就被掰开了。

马德堡半球实验是在一个普通环境里进行的,实验中的大气压就是我们日常生活的大气压。想想看,我们身体不正像铜球的外壁,被同样巨大的气压挤迫着?的确如此。我们单从头顶到肩膀,就承受着约1吨的气压压力,相当于一辆小轿车的重力。这辆小轿车一年到头、没日没夜地压着我们,我们咋没倒下,没被压扁?人类源自地球,人体自然是适应地球环境的。我们的胸腔、腹腔和五官等处,均有气体气压,人体内的气压与体外的大气压平衡了,人体内外没有气压差,我们也就没感觉大气压的“压力山大”了。

要是移走这“压力山大”的大气压,我们不是活得更轻松?这可万万使不得。没了大气紧紧裹压人体,人体内的气体无所约束,就会像吹气的气球膨胀起来,人也活不长了。这也是为什么宇航员到了没有气压的太空,必须穿上宇航服:它制造体外气压,让体内的气压得以平衡,人体才不变形。

要是地球像太空,没有气压,我们每时每刻都裹得像个“包子”,活着真累。要是大气压过低或过高呢?火星上的气压只是地球的1%,且气温低,液态水无法存在火星地表;金星地面的气压是地球的90多倍,也就是说,金星地面的气压好比地球海水900米深处的压力。要知道在地球上,即使我们穿上抗压的潜水服,最深只能潜到海水300米处,再往下,就会被水压压死。如果是900米深,我们还有活路吗?由此可见,一个星球,无论是无气压、低气压还是高气压,都是不适合人类生存的。

如果地球的大气压不是恰到好处,地球就会像火星或金星,赤地千里、寸草不生,我们将无家可归。现在我们能活得如鱼得水、如鸟在林般舒适,一定不要忘记这看不见、摸不着、分分秒秒伴着我们的大气压。

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