书城童书科学未解之谜(世界未解之谜)
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第27章 化学之谜(5)

晶体“爬高”之谜

一天,我们在化学实验室的角落里,发现了一只盛有一点儿饱和碳酸钠溶液的烧杯,这点儿溶液是我们儿天前在实验时剩下的。我们发现,烧杯壁上结满了白色的晶体,连外墙也有。这个奇异的现象引起了我们的兴趣。我们仔细观察以后,发现壁上所结的晶体,都是由许多规则的碳酸钠晶体积累而成:烧杯底部结得最厚,烧杯壁上则较薄较均匀。

晶体为什么会沿着器壁往上“爬”?别的盐溶液是否也有这种现象?其中的道理是什么呢?怀着满腹的疑问与好奇,我们设计了一个探索性的实验。

我们选用了碳酸钠、硫酸铜、氯化钠等药品,分别配成了它们的饱和溶液。为了避免外界或人为的干扰,我们把分别盛有这几种溶液的烧杯放在容易进行观察而又不易被人碰倒和发生震动的地方。

第一天,我们发现:盛有碳酸钠的烧杯壁上就有高出液面1~2毫米的蓝色晶体析出;而在盛有氯化钠溶液的烧杯里还没有什么变化。我们用放大镜观察烧杯内壁上已析出的晶体,发现晶体与晶体之间有细小的缝隙,缝隙之间充满着液体!用滤纸轻轻地接触这些晶体,滤纸会变得湿润。

第二天,我们看到:第一个烧杯里析出的碳酸钠晶体“长”得更高了;硫酸铜晶体也有增长;使我们惊喜的是,装有氯化钠溶液的烧杯壁上也有了“动静”——出现了一丝丝晶体。

时间一天天过去了,碳酸钠和硫酸铜晶体也越析越多,越“爬”越高。当它们“爬”到杯口后,还越过林口从烧杯外壁往下“爬”,速度也明显加快,仅两三天时间便已延伸到烧杯底部。就晶体的量而言,烧杯口上的晶体则远比外壁上的多。

我们知道,碳酸钠和硫酸铜的晶体都含有结晶水,而氯化钠晶体不带结晶水,那么,使晶体“爬高”的原因是什么呢?我们翻阅了一些书籍,没有找到对这种现象的记载和解释,于是,我们运用有限的化学知识尝试着做了这样的解释:

由于液体和玻璃先形成浸润,使附着玻璃的饱和溶液因水的蒸发而析出晶体,这些晶体之间的缝隙又形成了毛细管,饱和溶液便借助毛细管作用上升到晶体上端,并再次因水的蒸发而析出新的晶体……如此不断进行,使得晶体“叠罗汉”般地层层上升。等“爬”到烧杯口,晶体失去继续“攀登”的支架,只好折返到烧杯外壁,自上而下“爬行”。由于重力的作用,液体沿烧杯外壁先流下来,加上外壁的蒸发作用比杯内强烈,所以晶体析出的速度明显加快,只两三天就把烧杯外壁全包了起来。

我们推想,只要烧杯里有晶体(无机物)的饱和溶液,并且时间足够长,都有可能出现上述现象。这种晶体“爬高”或“爬行”的速度很可能还同该物质的溶解度、晶体内的结晶水数目、晶体形状、晶体风化性质、温度、湿度等有关系。我们准备在今后的学习中继续探索这些问题,并且设计出新的实验来。往大海里投放大量的铁能改变地球的温室效应吗?

1990年地球出现创记录高温,平均气温为15.5℃,是一百多年来地球最热的一年。美国空间气象研究所认为,1880年以来,地球出现的7个最热的年头均发生在1980年以后。80年代平均气温比上个世纪同期高0.6℃。美国科学家提出相似的结论:1850年以来,地球上7个最热的年头中有6个发生在20世纪80年代。

1989年7月,在巴黎召开的7国首脑会议上,7国首脑呼吁,采取共同努力措施,限制二氧化碳和其他“温室气体”的排放,“要放慢全球变暖的过程”。环境专家制定了苛刻的规定并提出增加巨额的新税收。全球的经济投入和社会干预规模将是巨大的,这将有可能改变人们的生活方式。

“气候变化——需要全球合作”,这是联合国环境规划署制订的1991年世界环境日的主题。气候变化目前已成为举世关注的热门话题。所谓温室气体,是指当阳光照暖地球时,大气低层的水蒸气、二氧化碳、沼气和人造氯氟烃等具有温室玻璃的作用,保留部分热量使地表变得越来越暖。监测结果表明,100年来大气中二氧化碳浓度已增高了25%。全世界90%的能源来自煤炭、石油和天然气,每年向空中排放55亿吨二氧化碳。仅从1958年以来,二氧化碳就增长了11%。沼气在温室气体中含量仅次于二氧化碳,是沼泽地、水稻田、蚁巢和反刍动物等排放的,总量每年递增1%。氯氟烃是从电冰箱、空调器、泡沫塑料、喷雾器中释放出来的,数量虽少,但比二氧化碳的吸热能力强几倍,且具有破坏高空臭氧层的作用。联合国预测,如果人类对二氧化碳的排放不加限制,到21世纪末,全球平均气温将上升2~5℃,其增暖幅度将是1万年来所从未有过的。同时,气候变暖将会导致海平面升高30~100厘米,许多海拔低的岛屿和大陆沿海地区将会葬入海底。目前,地球平均气温上升不到1℃,听起来似乎没什么了不起。然而,当年地球气温仅仅上升5℃,就使地球摆脱冰河时代,自然景观发生翻天覆地的变化。为防患于未然,人类必须采取相应的措施。

最近,美国海洋学家提出了抑制温室气体、控制全球变暖的新设想,将约三十万吨铁投入全球18%的海洋中去,铁作为一种“肥料”,可促使海洋中浮游植物繁茂生长,通过光合作用每年吸收近二十亿吨的二氧化碳,增强海洋的固氮能力,是对付温室气体使全球变暖的最简单途径。

但是,给海洋施铁肥料的工程十分巨大,选择适当的施肥地点有较大的困难,还要考虑到生态方面的问题,这种新设想目前还不能实现。何时实现,能否实现,还需要时间。

地球上的氧会不会被耗尽

地球上的生物每天都要消耗大量的氧以维持正常的生命活动,另外工厂、农村,无论是大锅炉,还是家用炉灶,其燃烧时均需要大量的氧气助燃,同时世界上一切氧化反应均需要氧的参加才能完成。

氧气在空气中占体积的21%,我们和其他生物所谓呼吸空气,就是呼吸空气中的氧,而释放出体内废气——二氧化碳;一个健康的成人每天大约需吸入500升的氧气,而呼出约400升的二氧化碳;其他动植物也同样在吸收氧而释放二氧化碳。随着工业的发展,世界上二氧化碳的量不断增加,正如1898年,英国物理学家凯尔文十分担心地说:随着工业的发达和人口的增多,500年后地球上的氧气将全部被消耗光,只剩下日益增多的二氧化碳。他的这种说法虽然过于悲观了,但是目前世界上逐日增加的二氧化碳的量也不能不令人担忧。二氧化碳增多的直接后果就是造成了地球的“温室效应”,使地球的温度上升,冰川融化。据科学家预测,如果南极大陆的冰川融化,那么将使美国的摩天大楼淹没在第二十层,而像荷兰等一些地势较低的国家,将不复存在了。那时的陆地面积很可能只占地表面积的5%~10%,全世界60~70亿的人口将挤在更为狭小的陆地,人类还能生存么?

当然凯尔文似乎有些多虑了,因为地球上的生物有消耗氧的一方面,也有生成氧的一方面。世界上大量的绿色植物在光合作用时,吸收了大量的二氧化碳,同时排出氧气。据科学家们实验分析,3棵大桉树每天吸收的二氧化碳的量,相当于一个人每天所呼出的二氧化碳的量。另外,还有一种默默进行工作的物质,那就是石头,也从空气中吸取着大量的二氧化碳。科学家们发现岩石中所含的碳酸钙会在二氧化碳和水的作用下,变成可以溶解的酸式碳酸钙,这就是岩石的风化过程。据分析,每年由于岩石风化所耗掉的二氧化碳大约40~70亿吨,这些风化的岩石随着江河流人大海,当它再与石灰化合时,又重新形成石灰石,成为新的岩石而沉入海底。

因而,乐观的人认为,地球不会变成二氧化碳的世界,只是二氧化碳的含量略有增加而已。各国科学家也在积极探索着一些新途径,以期使二氧化碳的排放量减少,并且可能的话将其再生利用。而对于空气中氧气的生成,却没有更好的方法。专家们认为,人类最好的保护氧气的方法,就是减少森林面积的流失,保护绿色植物。因为我们人类赖以生存的氧气,就是由这些大量的绿色植物产生的。

氧气至于是不是真的会被耗尽,正如我们上面所说的那样,有赖于人类的努力。如果人为地对生态平衡过度破坏、乱砍乱伐森林,致使大量绿色植物锐减,势必会造成氧的生成障碍,也许会有一天,人们真的会面临着氧气的危机。减少二氧化碳和其他废气的排放,也会缓解即将出现的氧气危机。如果人类在感觉缺氧的时候,才开始保护、生成氧,那么一切都将为时已晚了。