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缺水,人類未來最大的挑戰

缺水,人類未來最大的挑戰 (2008-06-13 09:28:11)
 


   西班牙《趣味》月刊5月號發表文章,題目是“揭開水的奧秘”。文章說,沒有水就沒有人類文明。現代人的生活一時一刻離不開水。面對焦渴的地球,未來的道路十分艱難,人類必須研發高新技術,降低消耗,共同為解決水的問題作出不懈努力。


    在去年7月的時候,一些天文學家宣布在一顆行星的大氣層中發現了水蒸氣。它位于距離我們60光年的狐狸座中,名為“hd189733b”,也被稱為“熱木星”。這顆行星的體積和地球相仿,但軌道距其繞行的恆星非常近,僅為水星與太陽之間距離的1/8。

    然而,它並不是天文學家們發現水的唯一太陽系外行星。去年4月,洛厄爾天文觀測站已在另外一個名為“hd209458b”的行星上探測到水。這顆行星距離其圍繞的恆星700萬公里,溫度非常高。1999年被發現後不久,其大氣層中就被確定有氧氣和碳元素存在。目前專家們相信,在這些太陽系外行星的所有大氣層中都有水蒸氣出現。 


    太空中的水

    太空中有很多水,但位于不同地點,儲量也不盡相同。例如,在美國哈佛-史密森天體物理學中心利用亞毫米波天文衛星(sw as)收集到的數據中,一些具有矛盾性的發現格外引人注意。在溫度高于絕對溫度30度的地區發現的水比預期的少很多。然而,在產生新恆星而且氣體溫度高達上千度的云層厚重的地區,水的儲量要多出上萬倍。

    2000年英國科學家在太陽系形成後200萬年產生的隕石內部發現了含水的晶體鹽,和美國的莫納漢斯隕石、摩洛哥的扎格隕石的情況類似。實際上,隕石都攜帶固態水。地球誕生僅幾百萬年時,隕石劇烈撞擊地表,留下的水占目前儲量的30%。

    主要位于火星和木星軌道之間的小行星也為地球運送水。矽質隕石含水0.5%,碳質球粒狀隕石含水量達到20%。

    我們在太陽系中的很多極端環境下都發現了水,例如太陽黑子中和月球上都存在水蒸氣。

    木星的衛星上也發現了水。水體表面溫度為零下170攝氏度,完全呈冰凍狀態。但在厚厚的冰層下隱藏著一個浩瀚的鹹水海洋。

    水的蹤跡也出現在天王星和海王星上。一般觀點認為,這兩顆行星具有三層:由氫氣和氦氣組成的大氣層;由水、液氨和液態甲烷組成的液體層;由相同物質和岩石組成的核心。有些人甚至猜想在這兩顆行星之上存在深達8000公里的熾熱海洋。

    數百萬年前的火星並不像現在這樣干旱荒蕪,表面也曾有水流過。火星在550萬年前變成荒漠,此前其表面上的水流流量達到每秒10億立方米。

    通過上述描述不難看出,宇宙中水無處不在,但它來自何方?數百萬年前,超新星爆炸後向太空釋放出碳、氧、氮、硫、矽和鐵原子。當時星際環境中只有宇宙大爆炸產生的氫和氦原子。發生化學反應之後,少量氧氣最終形成了水蒸氣。隨著溫度的降低,水蒸氣變成了固態的冰。于是這種豐富而獨特的物質來到了地球。多年來人們一直對水的沸點、冰點、表面張力和熱容量等特性進行研究,但仍未完全揭開水的真面目。正如一位專家所言,在所有已知的液體中,水可能是被人們研究最多的,但也是最不為人所知的一種。


    奇特的水

    毫無疑問,有水的地方就會有生命出現。直到3億年前,地球上的生命一直生活在水中。也就是說,生命自出現以來僅在陸地上生活了7%的時間。此外,水可以抵消重力。飛翔的鳥兒體重不能過重,而藍鯨這種龐然大物卻可以在海中任意遨游。

    古希臘人使用水鍾來計算法庭上的辯護時間。在古羅馬,這種工具的用途仍和政治家與律師有關。一個水鍾的水量可以持續流淌大約20分鍾。

    水為熱學揭開了帷幕。1597年,伽利略用水制成了第一支溫度計。雖然很快被酒精取代,但水為十七八世紀的人們測試溫度發揮了關鍵作用。18世紀初期,牛頓設計了一個分為12個等級的溫度表,其中零度就是水的冰點。

    伴隨著有關水的科研成果,也出現了一些將其視為靈丹妙藥的迷信思想。對水的迷信超越了種族的界限,甚至促使一些科學家作出介于科學和偽科學之間的推斷。 20世紀60年代末就曾出現過一個極具爭議的事件。蘇聯的科學家宣稱發現了一種新的水的存在形式,並且展示了炤片和裝在試管里的樣本。它具有奇異的性質:在150攝氏度沸騰,零下40攝氏度結冰,粘度近似于糖漿。

    科學家將一點水封入細小的玻璃導管中,導管上部很快就出現了另外一個柱體,而且似乎在不斷增長,逐漸取代下部的柱體。雖然液體會蒸發,並且其濃度會增加,但壓力和溫度是不變的,因此上述現象沒有合理的解釋。蘇聯人給出的理由是,它是水繼固態冰之後的另一種存在形式。

    當時,參與研究的前蘇聯科學家鮑里斯·v·傑里亞金還提出一個至今仍頗受爭議的觀點,即液體的表面可以改變其結構。他還認為,水在濃度增加之後還會“記得”變成水蒸氣之前的結構。

    很多西方人試圖復制此項發現,甚至稱其為“世紀發現”,並取名“聚合水”。致力于獲取聚合水的實驗室遇到的問題在于污染。已獲得的樣本很少,而且極少量的其他物質就會將其徹底改變。1969年,生物物理學家丹尼斯·魯索發現自己的汗液也具有和這種奇特的水相同的性質。後來的研究顯示,“聚合水”只不過是不純淨的水,這就可以解釋為何其沸點和冰點發生了變化。到了70年代,“聚合水”徹底被科學家們棄置腦後。

    然而,這個觀點並未完全消失。90年代中期,美國的一家公司宣稱他們出售的“penta w ater”因經過聲波處理而具有延緩皮膚衰老,增強免疫能力,加快傷口痊愈,降低血壓和膽固醇的作用。


    焦渴的地球

    灌溉是人類發明的首要技術之一。沒有水就沒有人類文明。熱帶島嶼巴釐島就是一個明證。那里從高山到大海遍布由閘門和溝渠分割成形的稻田。其中有些長達幾公里的水渠是公元4世紀挖掘的。不過最有趣的是,當地人對水的使用和宗教活動密不可分。

    巴釐島當地人除了在廟宇里組織宗教活動之外,還在其中討論通過新的灌溉系統。農民屬于不同的宗教團體,並且參加所有的宗教典禮。此外,澳大利亞土翍人通過傳授歌曲的方式告知後人水井和泉水的所在地。徒弟的任何錯誤都意味著將來不能准確找到水源。在墨西哥古代的歐爾梅卡部落,灌溉系統均呈“u”形,這也和宗教有淵源。埃及法老專門修建了“水屋”,在其中計劃和組織建筑堤壩,修繕溝渠,以便在尼羅河每年一次發洪水的時候趨利避害。

    運水系統出現得較晚。公元前691年,亞述國建造了第一個長達55公里的運水系統,將河水運往王宮的花園。打開水龍頭這個簡單的動作距今時間更近。20年前,在西班牙的一些地區還不難看到有人從井中取水。甚至在21世紀的今天,全球1/5的人口還因缺少飲用水而不得不為一點水而奔波數十公里。據統計,每天全球總用水量的3%為人類生活用水,93%用于農業,4%用于工業。而在生活用水中還存在著巨大的不平等。西方國家的用水量是世界其他地區最低需求量的5 倍。

    造成農業耗費大量水資源的原因之一在于大水漫灌式的灌溉方法。除了灌溉造成浪費之外,我們也要為飲食付出代價:生產1公斤稻米需要2000至5000升水,1公斤奶酪需要5000升水,而收獲1公斤咖啡的耗水量則高達2萬升。人類未來需要面對的最大挑戰不是飢餓,而是缺水。

    上個世紀全球人口增長到原來的3倍,而用水量增加到6倍。有人估計在未來的50年中全球人口還會增加50%。除此以外,加之發展中國家工業活動的增長,我們的前景將是毀滅性的。聯合國預計,未來25年後水將成為在非洲地區導致沖突和戰爭的主要誘因,因為那里的河流和湖泊屬于不同國家。

    在中東地區,水變成了比石油更加貴重的財產。土耳其和敘利亞就因幼發拉底河而出現了關系緊張的情況。危機不僅發生在邊境地區,有些國家內部的河流也經常發生斷流。中國的黃河水位下降較大。美國的科羅拉多河也出現了類似情況。湖泊也遇到相同困境,例如鹹海在幾十年內面積縮小了一半。

    菲律賓採取措施以控制海平面上升,但卻不制止過度開採地下水。發達國家的情況更甚:美國很長時間都不要求居民使用水表,歐洲無數的水利工程使90%的自然排澇地區消失,進而導致了特大洪水。

    解決這些問題的辦法之一就是使海水脫鹽變成淡水,但此項工藝造價高昂,不具有可行性。未來的道路十分艱難,人類必須研發高新技術,降低消耗,共同為解決水的問題作出不懈努力。


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