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第30章 学科猜想(2)

上述两种方法都是在太空设置庞大的遮蔽物以遮挡阳光。但万一出了故障,就会造成很多垃圾。为此,人们又提出了在人造卫星上配置激光发射装置和巨大的反射镜,形成“激光网”的方法。据此设想,美国科学家提出了一个具体的实施办法:发射4颗人造地球卫星,4颗卫星发射的激光互相碰撞,这样,当太空中对海面温度有影响的红外线通过时,就会被与其能量相当的激光网阻挡,红外线就被反射并照射到海面上。海面温度便人为升高,产生气流,形成云雨,以此调节地球上的温度。

学科展望

自从气候变暖成为全球各国热议的一个重要话题以来,从科学角度对控制全球变暖进行的研究和试验一直没有停止过。其实,这些方法全是权宜之计。从长远来看,人类给地球降温的唯一办法是减少对含碳量高的化石类燃料的依赖,寻找新的能源。

核废料的“归宿”

核能的开发利用开始于20世纪50年代初。1954年,世界上第一座实用的核电站在前苏联建成,向工业电网并网发电,虽然电功率只有5000千瓦,却为人类打开了又一座能源的宝库。从此,核能在世界上的发展相当迅速,尤其在能源资源缺乏的国家,核能升为第一位,成了主要的能源。然而,核电站的核废料处理问题确实令人头痛。核废料是核物质在核反应堆内燃烧后余留下来的核灰烬,具有极强烈的放射性,而且其半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年。也就是说,在几十万年后,这些核废料还能伤害人类和环境。所以如何安全、永久地处理核废料,给这些“人类杀手”找一个合适的归宿地,是各国科学家们面对的一个重大的课题。

目前,对放射性废料主要采取井下封存的办法,让那些废的放射性物质在井下自然衰变,放出的射线不至于散发出来。有的放射性物质在井下自然衰变几年,可以变成无放射性的物质,有的则需要很多年,也许要几十万年。例如,锝99的半衰期长达25万年,这就是说,一克锝99放置25万年后还剩05克。就是这种核废料,在美国华盛顿州的能源部仓库里存放几十吨,要是让这几十吨的锝99全部靠自然衰变而成为无放射性物质,需要多少年啊!如何处理好核废料呢?科学家们苦思冥想,终于设计出了几种切实可行的核废料处理方法。

美国曾有一部科幻电影《星球大战》,片中惩罚敌人的方式是:将他固化在玻璃中,然后用太空船送到另一个星球上。也许是受了这部电影的启发,科学家们设想,将危险的核废料送到遥远的太空进行“天葬”。同电影中一样,“天葬”前,将核废料固化成玻璃块,装进一个特制的合金“棺”中,“棺材”外面再套上一层隔热外套,这样就将核废料严严实实地密封起来。然后用太空飞行器将棺材送入3000千米以外的轨道上,让核废料远远离开人类生活的地球。

对一些放射性含量较低的核废料,科学家为它们选择了深海作为坟墓。首先,在深海的海床上钻一个竖井,竖井的大小依核废料的多少而定。然后通过密封的深海管道系统,将处理好的核废料送到竖井内,再用混凝土将井密封起来。这样,核废料能逃出海底“牢笼”的可能性是极小的。

不论是“天葬”还是“海葬”,均需要强大经济实力和科学技术作坚强后盾。能不能就地解决问题呢?最近,美国科学家研制出一种新的处理核废料的方法——“火葬”。将核废料装进一个很大的深坑,然后“点火”。不过这火可不是由木柴或汽油等点燃,而是由碳电极点燃的。电极接通后,产生强大电流,使坑内的温度上升到100℃~800℃。在这样的高温下,泥石开始熔化,并均匀包裹住核废料,待泥石浆冷却后,形成了一块类似天然岩石的坚硬物质,其硬度可以与天然大理石、花岗岩相比,最后用泥土把坑顶封死,这样一来“镶”在岩石中的核废料哪儿也去不了。

美国的亚伯尼博士和他的同事找到了将有害放射性核废料转变为无害物质的“点金术”——废料加速器衰变法。其中有一种方案是用粒子加速器加速质子,再用加速的质子猛击金属靶而产生中子流。然后用重水使中子减速,并使中子簇射到核废料上,放射性核物质俘获中子就成为无放射性的同位素或半衰期较短的放射性同位素,后者再通过自然衰变过程能很快变为无害物质。这种“点金术”首先用来处理锝99放射性核废料。利用亚伯尼的“废料加速器衰变”装置,可把锝99废料转变成无害的钌100。

为了拯救地球,科学家们提出了许多控制或抗御“温室效应”的措施或设想,这其中就包括迅速减少污染性能源的使用,大力发展核能等清洁能源。应该相信,令人头痛的核废料,最终将在科学技术进步中得到完善处理。

学科展望

人类进入核时代以来,小小的原子核如同一个不断释放出宝物的魔瓶,给人类带来了巨大的收益。但是,核废料的产生及对人类的长久威胁也恰恰说明任何事物都有两面性。人类在享受大自然恩赐的同时,也要承担保护大自然的责任,否则将受到严厉的惩罚,人类一定要守护好自己的家园。“洁净”的潮汐能

人们目前使用的能源主要是依靠煤和石油来取得的。但煤和石油资源是有限的,而且还会带来大气污染。因此人们开始探索,使用洁净而不产生污染的新能源。其中,大海中的潮汐被认为是一种很有发展前景的新能源。它洁净、便宜,来源广泛,可谓取之不尽,用之不竭。

凡是到过海边的人们,都会看到海水有一种周期性的涨落现象:到了一定时间,海水推波助澜,迅猛上涨,达到高潮;过后一些时间,上涨的海水又自行退去,留下一片沙滩,出现低潮。如此循环重复,永不停息。海水的这种有节奏的周期性的涨落运动就是潮汐。

潮汐是怎样形成的呢?按照牛顿的万有引力定律,任何两个物体之间都存在着相互的吸引力。吸引力的大小,一是决定于物体的轻重,二是决定于距离的远近。宇宙间星球多得很,但离地球太远,引力也就不大了。月球体重虽比不上大的星球,但它离地球最近,所以最容易把地球上的海水吸着凸出来。地球每天自转一周,它的某一点每天必有一次向月,一次背月,形成两次涨潮。向月时,由于月亮的引力加上地球自转时产生的离心力,海水被吸着鼓向月亮;背向月由于海水离月较远,离心力大于吸引力,使海水鼓向相反的方向。

潮汐是有规律可循的,人们可以准确地推算出某一地方的涨潮、落潮的时间。地球自转一周,所需时间是24小时,而月亮绕地球一圈,是24小时50分钟,因此某地任何一天来潮都要比前一天迟50分钟。

潮汐作为一种自然现象,为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便,更值得指出的是,它还可以转变成电能,给人带来光明和动力。20世纪初,欧美一些国家开始研究潮汐发电。第二次世界大战后,法国专门成立了潮汐利用协会,于1967年建成了总装机容量24万千瓦、年发电量为54亿度的目前世界上最大的潮汐发电站——朗斯潮汐电站。该电站位于法国圣马洛湾朗斯河口。朗斯河口最大潮差134米,平均潮差8米,一道750米长的大坝横跨朗斯河。坝上是通行车辆的公路桥,坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。朗斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机,涨潮、落潮都能发电。另外,在1968年,前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。1980年,加拿大在芬地湾兴建了一座2万千瓦的中间试验潮汐电站。据统计,目前国外已建成潮汐电站数十个。经过十余年的奋斗,我国江厦电站终于在1985年建成投产,装机总容量达3200千瓦。

根据测算,世界上海洋潮汐能的蕴藏量约27亿千瓦,这是一个十分可观的数字,对于解决全球性的能源紧张问题不失为一条重要的渠道。到目前为止,由于常规电站廉价电费的竞争,建成投产的商业用潮汐电站不多。然而,由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点,人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。随着技术进步,潮汐发电成本的不断降低,2l世纪将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。

知识链接

利用潮汐能发电,首先要选好站址,因为潮差在5米以上才有工程意义。巨大的潮汐能大都蕴藏在狭窄的海湾和江河喇叭形的入口处。白令海峡潮汐能最集中,几乎占世界总量的70%,加拿大芬地湾潮差达到19米,法国朗斯河口潮差有135米,我国钱塘江口潮差最大9米,这些地方都是建设潮汐发电站的最佳地址,全世界总共也不到100处。

高科技改造沙漠

据科学家测算,全球受沙漠影响的土地有3800万平方公里,等于4个美国那么大;我国960万平方公里的土地上,沙漠、戈壁和沙漠化的土地占了153万平方公里,沙漠的进一步扩大对人类生存造成极大的威胁。

人们曾想办法去改造沙漠,但很难。因为沙漠太热了,太干了,风也太大了,种树种草都无法存活。一位西班牙学者提出了一个好主意:“派”人造树到沙漠去,作为改造沙漠的先遣队。

人造树做得和天然树一样,有根系,有树干,有枝,有叶,而且每株都有7~10米那么高。人造树是用聚氨酯和酚醛泡沫塑料做的,树根是由三条空心管道组成的一个三角形的框架,空心管壁上密布着小孔,用高压将聚氨酯塑料注到这三条空心管里去,塑料就会从管壁四周的小孔中渗漏出来,向着沙土的深处和远处延伸,等塑料凝固以后,这些人造树根就牢牢地固定在沙土里了,再强的风也吹不倒它了。人造树就这样先站稳了“脚跟”。

那些深深扎入沙土中的塑料细根,还能起着“毛细血管”的作用,将沙土下面潜藏的数量很少的水分,不停地吸到叶面上来,在阳光下蒸发,这样人造树周围的空气就会变得湿润。另外,人们通常将人造树的树冠浇注成棕榈树树冠的形状,因为这种形状铺展的面积大。当夜晚沙漠中的温度降低的时候,空气中的水分就会在这些硕大的叶片上冷凝成许多露珠。人造树的树叶还能把这些露珠也吸收到枝干里去,到白天气温升高时,再缓缓蒸发出来,这也能增加空气的湿度。此外,人造树巨大的树冠还能形成树荫,使周围的气温降低。如果人造树的栽种面积比较大,就会在上空形成一个小小的冷气团。平时,从沿海地区深入到沙漠上空的暖湿气流,都因为沙漠地面上空的气温太高而让它们白白流过,如果沙漠上空有了冷气团,那冷气团会迫使暖湿气流降低温度,气流中饱含的水蒸气就会凝成雨滴,撒向干燥的沙漠。

因此,那位西班牙学者认为,有了人造树作为改造沙漠的“先遣队”以后,就能在人造树的下面种上小树、小草,它们得到人造树的滋润和保护,就能在沙土里扎下根,生存下去,它们也会起着改变沙漠气候和土壤的作用,到那时,沙漠就会渐渐成为真正的绿洲。

除了“人造树”之外,美国的科学家们还在研究一种叫做奥克松斯的机器来占领沙漠,把它改造成聚宝盆。奥克松斯是从希腊语借过来的,意思是“成长”。

奥克松斯和人类以往的任何机器都不一样,这是一种以铁、铜、铝、硅、碳等常见元素作为原料,以太阳能作为能源,通过自我繁殖,使自己的数量以倍数递增的新型机器。奥克松斯的增殖能力是惊人的,每隔大约5个月,奥克松斯就能完成一次自我复制。将100个奥克松斯放到沙漠中央,10年之后它们的数量将会达到16亿!13年之后,它的覆盖面积会超过50万平方公里。它们的使命就是吞噬整个沙漠,把海水淡化成河流,把空气中的二氧化碳变成石灰岩的山脉。

奥克松斯的前景极其诱人,但自我复制机器人研究还在襁褓之中。因为奥克松斯需要在自然环境下“生存”,是能够风餐露宿的“野生”机器,它们需要从沙子里提取出十种矿物,一步步造出和自己一模一样的机器。要把整个人类工业产业链,从采矿、冶金到机械制造、组装,全部浓缩在一个抽屉大小的机器里,并不是容易的事情。

学科展望

目前全球荒漠化面积与月球表面总面积3650万平方公里大体相当。依靠高新技术把沙漠改造利用好,要比长途跋涉去改造利用月球和火星划算得多、省事得多、难度小得多。也许有一天,人类会将改造利用地球荒漠与探索开发月球提到同等重要的位置。

微生物显身手

不知你注意过没有,每天从树上都要掉下来许多树叶,动物,包括人类,每天要排出许多粪便,从地球上有了生物到现在,每天都有大量动物、植物和人类死亡,人们每年要扔掉许多废纸、烂菜叶等东西。假如这些东西一直存在着的话,我们的地球就会被废物厚厚地包围起来,根本就不会有人类的立足之地。大家也知道,绿色植物利用空气中的二氧化碳合成有机物,供给人和动物食用。空气中的二氧化碳的含量是有限的,一味使用而不补充,空气中的二氧化碳早就被用完了,如果没有二氧化碳,绿色植物就不能生长,人和动物就得饿死。为什么这些可怕的现象都没有发生呢?那是因为有微生物。

一提起微生物,人们自然会想到那些可怕的危害人们健康的细菌,其实自然界中微生物种类很多,对人类有害的只是其中一小部分,而大部分是人类的帮手。味道鲜美的豆腐乳是曲霉菌酿制成的,松软可口的面包、馒头是酵母菌的产品。而细菌最大的功劳当属几个世纪以来,人类制造的细菌制剂——抗菌素、疫苗,挽救了千千万万人的生命。现在,环境问题已成为世界各国面临的一个主要的问题,环境污染直接危害着人类的生存。人们要保护环境,就要消除那些造成环境污染的因素。在这方面,微生物又为我们立下了“汗马功劳”。人们可以利用微生物来改造自然,保护环境。

微生物也像动物、植物一样,具有生命,它可以由小长大,可以“生儿育女”,繁殖后代,也可以“吃”进食物,排出废物。微生物是大自然的清洁工,数百万年的进化使它们具备了对千变万化的自然和人造环境的强大的适应能力。对于人类不断合成的新颖化合物,微生物也表现出很强的适应能力,它可以通过变异,不断产生能够降解新污染物的新菌种。所以,微生物对于污染物的降解和转化显示出巨大的本领和美好的应用前景。

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