四季交替
四季交替主要是地球绕太阳公转的结果。由于地球在不断自转的过程中，是斜着身子绕太阳公转的。因此，太阳直射点在地球表面就会发生变化，便有了四季的轮流“值班”。每年6月22日前后是北半球的夏至日，太阳直射北回归线，北半球进入夏季。随着地球的不断公转，到了9月22日前后——北半球的秋分日，太阳直射赤道，此时北半球是秋季。同样，在每年的12月22日，这一天是北半球的冬至日，太阳直射南回归线，这是北半球的冬季。每年3月21目前后是北半球的春分日，太阳直射点北返，再次直接射向赤道，这是北半球的春季。四季的更替，北半球和南半球的情形正好相反，但都是地球在不断的公转中产生的结果。
地球公转
地球公转的方向是自西向东，公转的轨道是椭圆形。
太阳位于椭圆的一个焦点上。每年1月初，地球离太阳最近，这个位置叫近日点；7月初，地球离太阳最远，这个位置叫远日点。公转轨道的长度是94000万千米，公转一周所需的时间是一年，天文上所说的一年（回归年）是365日5时48分46秒。地球公转的轨道平面叫黄道面，它与地球赤道平面之间有一个交角，叫黄赤交角，其角度是23°26′。在地球公转过程中，由于黄赤交角的存在，使得太阳在地球上的直射点往返于南北回归线之间，并且引起地球各地正午太阳高度和昼夜长短的周期变化。
雾与虹的奥秘
诸多的气象要素组成了庞杂的天气系统，而系统的变迁造就了百般变幻的气象之景。清晨之际，近地面处常形成浓厚的锋面雾。弥漫的大雾笼罩着大地，灰蒙蒙的一片，顿时天地相连，海天一色。你知道雾是怎么形成的吗？雨后天晴，天际挂着一道瑰丽的七色彩虹，引发了人们无限的想象。天空中的虹又是如何形成的呢？
雾的形成
雾不是凭空从天上掉下来的，它是由悬浮在低空中的小水滴凝结而成的。空气中所含有的水汽是一定的，而且随温度的下降而增加，当增加到最大限量时水汽就饱和了，等到高出饱和水汽量时，多余的水汽就凝结成水滴或冰晶。如果空气中水汽含量非常大，而气温降低到一定的程度，一部分水汽将会凝结成很多小水滴。这些小水滴会越来越多而最终形成雾。一般把水平能见距离低于1000米的雾称为“雾”，而能见距离在1000～10000米的雾称为“轻雾”。
虹的形成
在盛夏和初秋季节里，降雨之后，许多小水滴飘浮在空气中。当太阳光射入这些小水滴时，经折射而改变了光线原来的方向，并将由7种颜色合成的白色太阳光散射，使之重新分解成为7种颜色；再经地面的反射作用，就在太阳的对面形成了颜色从外向内呈赤、橙、黄、绿、青，蓝、紫七色的美丽光弧，这就是虹。虹的颜色和宽度与水滴大小有关。水滴越大，虹的颜色就越鲜艳，虹带也越宽。
奇异的雪
我国古代就出现过六月飞雪的反常现象。周代的《六韬》一书中有夏雪的相关记载；《汉书·五行志》记载了元帝永光元年（公元前43年），从农历三月到九月就一直是雨雪天气，使庄稼颗粒无收。据考证，我国在537年也发生过一次长达数月的夏雪天气，导致天下饥馑。夏季本应是酷热难当，却出现了寒冷的天气，这是怎么回事呢？
六月飞雪探秘
一些科学家认为，六月飞雪是由于大规模的火山爆发造成的。火山爆发时可产生达数百万吨的火山灰，上升至大气高层，飘散到世界各处，一连数月遮天蔽日。它导致白天太阳无光，夜间不见星星，还使得许多地区出现寒冷天气。据研究，537年中国发生的那次夏雪天气，是由于新几内亚东南部的一次火山喷发造成的。“六月雪”虽属罕见，但也有其科学道理。像青藏高原这类地区，天气多变，虽是六七月天，下大雪也是平常事。所以六月飞雪的现象虽然十分罕见，但从气象学角度讲，是可能发生的。
离奇的彩雪
日常所见的雪都是白色的，我们也常用“皑皑白雪”来形容大雪，好像雪的颜色已经被界定，就是白色的。其实，雪也有彩色的。我国西藏的察隅、德国的海德堡和南极等地就曾下过红色雪：内蒙古下过黄色的雪；北冰洋斯比兹尔下过绿色的雪；更让人不可思议的是，意大利挑罗台依和瑞典南部竟下过乌黑的雪……这时呈现在我们眼前的仿佛是一个五彩缤纷的雪的世界。那么彩雪又是如何形成的呢？原来那是因为雪中掺杂了有颜色的物质。
极昼极夜的奥秘
神秘笼罩下的南极和北极总是让人捉摸不透，在这里演绎着太多的奇闻，极昼和极夜即是其中之一。顾名思义，极昼就是一天24小时都是白日，反之则是极夜。出现“极昼”时，在南极或北极地区，太阳始终在地平线附近。在“极夜”时，天空并不像我们想象的那样漆黑一片，而是在月光和星光的照射下，显得格外明亮。
极昼极夜的成因
我们都知道，地球在公转的过程中，地轴始终指向北极星的方向，而且地轴与公转轨道始终保持一定的交角。地球的公转使太阳在地球表面的直射点总在发生变化。春分至秋分之间，太阳光总是照射在北极的低空上，此时北极地区全是白天，出现了“极昼”。但过了秋分至下年的春分之前，太阳直射点移到南半球，北极地区就都是晚上，出现了“极夜”。南极出现极昼与极夜的情况则正好与北极相反。
黎明前的黑暗探因
黎明前的黑暗是最“黑”的，这是地球大气与太阳光相互作用的结果。在长夜即将结束，黎明马上来临时，地平线以下的太阳光照射到地球上2000～3000千米的高层大气。这样，星星的光亮就被太阳的散射光冲淡了，而高层大气又十分稀薄，它所散射的阳光不能充分传到地面上来。此刻，地球上既没有星光，也没有大气的散射光，是一天里最黑暗的时候。
南极奇湖的奥秘
南极洲的绝大部分地方覆盖着坚硬寒冷的冰层，大陆冰层的平均厚度达1880米，许多地方甚至厚达4000米以上，被称为“冰雪大陆”。南极大陆气候酷寒，年平均温度仅—25℃，最低温度达到—90℃，所以又被称为“世界寒极”。然而，就在这片寒冷的冰天雪地上，却奇迹般地存在着一个不冻湖。
酷寒地带的异类
南极不冻湖的面积有2500多平方千米，湖水最深处达66米。不冻湖最神奇的地方在于随着深度的增加，水温不断增高。在16米深的地方，湖水的水温升至7.7℃。这个温度一直保持到40米深处。在40米以下，水温随着深度逐渐增加，到50米以下，水温骤增。在最深的66米处，水温竟然达到了25℃。不冻湖的奇怪现象，使人们百思不得其解。为了揭开这个谜团，科学家们对湖的周围进行了考察。他们发现，不冻湖的周围并不存在类似于火山活动的地质现象。这使得不冻湖水温增加之谜更加神秘。
不冻湖的成因
科学家们认为，不冻湖的成因是气压和温度在特殊条件下交织在一起的结果。南极的大部分地区被厚厚的冰层覆盖，在300多米的冰层下，压力可以达到278个大气压。这样强大的气压使大气释放出比普通状态下更多的热量。而且，冰层像个大棉被，把大地所释放的热量积存起来。这样，大量的冰在积存热量的作用下融化，汇集在南极大陆的凹陷处，就形成了现在的不冻湖。
海底喷泉的奥秘
海洋约占地球表面积的71％，全球有超过97％的水都聚集在海洋中。在这个看似平静的水中世界里，在浩瀚的海洋深处，隐藏着许多鲜为人知的神奇景观。
神奇的海底喷泉
1979年3月，美国海洋学家巴勒带领一批科学家对墨西哥西面北纬21°的太平洋海域进行了一次水下考察。当科学家们乘坐的深水潜艇“阿尔文号”渐渐接近海底时，透过潜艇的舷窗，他们看到浓雾弥漫下一根根高达六七米的粗大烟囱般的石柱顶口喷发出滚滚浓烟。“阿尔文号”向浓烟靠近，并将温度探测器伸进浓烟中。一看测试结果，科学家们不禁吓了一跳：原来这里的温度竟高达近千摄氏度。经过仔细观察，他们发现浓烟原来是一种金属热液喷泉。
海底喷泉与气候变化
科学家们认为，这种海底喷泉可能与地球气候的变化有着密切的联系。当海底喷泉活动增强时，所喷出的物质与海水中的硫酸氢钙发生反应，产生二氧化碳。目前已探明现在的海底喷泉提供给大气的二氧化碳，占大气中二氧化碳来源的14％～22％。因此，当钙的析出量为现在的3倍时，大气中二氧化碳的含量必将大大增加。而二氧化碳含量的增加，将会产生明显的温室效应，从而使全球的气温普遍升高。
海火探秘
海洋是刚性的、狂野的，当它咆哮时会掀起万丈波澜；海洋又是神奇的、难以捉摸的。在岁月的长河中，它涌现出了许多难解的谜团，例如奇异的海火现象。
奇异的海火
1975年9月2日傍晚，在中国江苏省近海地区朗家沙一带，海面上出现了奇怪的亮光。亮光随着波浪的起伏，就像燃烧的火焰那样翻腾不息，一直到天亮才逐渐消失。第二天夜晚，亮光再次出现，而且亮度较前日加大。以后每日夜晚，亮度逐渐加大。到第七天，海面上涌出很多泡沫，当渔船驶过时，激起的水流明亮异常，如同灯光照耀，水中还有珍珠般闪闪发光的颗粒。这种海水发光现象被称为海火，常出现在地震或海啸之后。海火的产生海火是怎样产生的？一般认为，这与海里的发光生物有关。发光生物因受到扰动而发光，是早为人们所熟知的现象。这些生物种类繁多，除甲藻外，还有许多细菌和放射虫、水螅、水母、鞭毛虫以及一些甲壳类、多毛类小动物。因此，人们推测，当海水受到地震或海啸的剧烈震荡时，便会刺激这些生物，使它们发出异常的亮光——海火。但也有一些学者提出不同意见。他们发现，当压力足够大时，岩石会产生爆炸性碎裂，并在几毫秒内释放出一股电子流，电子流激发周围气体分子发出微光。如果岩石处在水中，则碎裂时产生的电子流能使水发光。当海底地震发生时，岩石爆裂足以发出使人感到炫目耀眼的亮光。所以，他们认为，海火的产生与此有关。
次声与超声的奥秘
有一天，几个旅游者到匈牙利的包拉得里山洞去探险，刚踏进洞里那十分狭长的通道，就发现地上躺着三具来历不明的尸体。经查证，死者是三个旅行家。可是医生没有从死者身上找到任何谋杀或自杀的迹象，无法找出死因。随着近代科学技术的发展，这个未解之谜终于被揭开了。原来三名旅行家是由于气压剧变时所产生的高强度次声致死的。
致人于死地的声音
人类的语音频率一般在300～5000赫兹之间。声频超过2万赫兹的声音叫超声波，低于20赫兹的叫次声波，超声波和次声波人们都听不到。低于7赫兹的高强度次声波对人体有致命危害。人体肌肉、内脏器官都有其固有的振动频率，当这种较低的固有频率与次声波的频率相同时，就会发生共振，产生较大的振幅和能量，从而造成人体结构的巨大破坏而死亡。自然界的次声波来源于多方面，如太阳磁暴、流星撞击、风暴、大海咆哮、火山喷发、雷鸣闪电等。
超声波的奥秘
超声波具有良好的穿透性，以振动波的形式传播，并拥有许多奇妙的特点：超声波频率高、波长短，能像光线那样沿直线传播，这就使得我们有可能向某个确定方向发射超声波；超声波是纵波，可以在人体组织里顺利传播；超声波遇到不同的介质交接面时会产生反射波。这些特点使得超声波在医学领域内得以广泛应用。
鸣沙的奥秘
鸣沙，就是会发出声响的沙子。鸣沙是世界上普遍存在的一种自然现象。美国的长岛、马萨诸塞湾、威尔斯河两岸，英国的诺森伯兰海岸，丹麦的波恩贺尔姆岛，波兰的科尔堡，蒙古戈壁滩，智利阿塔卡玛沙漠，沙特阿拉伯的一些沙滩和沙漠，都会发出奇特的声响。据说，世界上已经发现了100多种类似的沙滩和沙漠。
鸣沙的声音
鸣沙这种自然现象在世界上不仅分布广泛，而且沙子发出来的声音也是多种多样的。比如，在美国夏威夷群岛的高阿夷岛上的沙子，会发出一阵阵好像狗叫一样的声音，所以人们称它是“犬吠沙”。苏格兰爱格岛上的沙子却能发出一种尖锐响亮的声音，就好像食指在拉紧的丝弦上弹了一下。从中国的鸣沙山上滚下来，那沙子就会像科学家竺可桢描述的那样“发出轰隆的巨响，像打雷一样”。
鸣沙发声的原理
沙粒发出声响，应该具备三个条件：第一个条件是沙丘又高又大又陡峭。第二个条件是背风向阳，背风坡的沙面还必须是月牙形状的。第三个条件是沙丘底下一定要有水渗出，形成泉和潭，或者有大的干河槽。由于空气湿度，温度和风的速度经常在变化，不断影响着沙粒响声的频率和“共鸣箱”的结构，每加上策动力和沙子本身带有的频率的变化，鸣沙的响声也会经常变化。人们有时候在下雨天去看鸣沙，发现鸣沙不会发出声响，正是由于温度和湿度的改变，把鸣沙的“共鸣箱”结构破坏了。