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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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极圈边上的“冰与火之歌”  

2012-03-28 12:02:42|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:花栗鼠习作

作者:田小森

当海神波塞冬的三叉戟被现代人视作邪恶的标志的同时*,你是否回想过,这样的主观臆断可能也会出现在人们对自然现象的认识上?

地球南北两极的严寒让除了科考或是探险以外的其他人员极少涉足,这里极端的气候条件和极昼极夜更替的地理环境只能留给北极熊和企鹅建立自己的乐园。将“谷歌地球”调整到以北极点为视域中心来观察这里:除了茫茫泛白的格陵兰岛之外,加拿大北部地区和斯瓦尔巴特群岛都算得上是极区内人烟较多的地方了,但它们的活力远不能和欧洲北部的另一座岛屿相比,这座岛屿并未在极圈之内,但也算是与北极圈擦肩而过,高地理纬度造就了它漫长的冬天和冬日里时长极短的日照时间。这里,就是冰岛。

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【[Fig1] Snaefellshes Peninsula, Iceland】

如果单说起冰岛,严寒和冰雪可能是你对它的第一印象,想想中国北方的冬天,漠河的最低气温可以冷到-40°,而比漠河纬度稍高的西伯利亚平原则能达到-50°,至于冰岛的冬天,还能让人们正常生活吗?

事实上冰岛虽然有1/8的土地被冰川所覆盖,但它的气候却比同纬度其他地方要温和的多,由于受到北大西洋暖流的影响,冬季平均温度在-1°左右,而在夏季则能达到11°左右。与此同时,在这里还有另一个奇怪现象:温泉,冰岛号称是世界上温泉最多的国家,多达260的温泉散布在这座面积仅10万平方公里的岛屿上。这里的人们喜爱在闲暇时泡在温泉中,也热衷于观看天然的热喷泉从地下一次次喷出的景象,这些从地底间断喷出的热水可高达六十米有余,配合在遇冷空气形成的水雾和太阳的斜照所产生是彩虹同时观看,可谓蔚为壮观。

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【[Fig2]冰岛热喷泉】

仔细回想,我们似乎发现,冰岛的高地理纬度和它所呈现的生机和活力似乎并不匹配,这一切的优势都像是上天赐给这个本该冰封雪锁的冰岛不可多得的厚礼,而这厚礼背后除了地理上依傍在北大西洋的暖流之上以外,莫非还有什么别的秘密?

答案是肯定的,那便是火山作用。据统计,冰岛上火山总数超过300座,其中有50到60座火山至今依然活跃。是火山作用造就了整个冰岛的倒碗状地形,也是火山作用让地下水加热后上涌变成温泉和热喷泉,同时也是火山作用让冰岛有足够的地热可以利用以抵御严寒的自然条件并完成现代化的工业生产。如果离开了火山作用造就的地形和提供的热能,我们很难想象一座偏居一隅的小岛如何在过去的几十年中实现对现代物质财富的追求并慷慨地走在世界发达国家之列。而此时,一直站在繁华背后的火山作用却像波塞冬的三叉戟那样,陷入在人们的偏见和误解之中。(延伸阅读:《蕴衍于地震中的文明之光》

一直想借用乔治?马丁的小说名《A Song of Ice and Fire》——“冰与火之歌”,来表述冰岛所呈现的状态。而这里的“火”字的含义要远比现今看到的火山活动的意义更为深远, 1963年11月,人们曾直观地目睹且记录下了这样一幕:在冰岛南部,海底火山剧烈喷发。炽热的岩浆遭遇海水后迅速冷凝,岩浆从下向上持续堆积,露出海面后形成了一座新生的小岛,直到2002年,由这座间断喷发的火山所造就的海岛面积已经广达1.4平方公里。冰岛人便借用北欧神话中“火神”的名字“叙尔特尔(Surtr)”来为这座小岛命名——“叙尔特塞(Surtsey)”。这一方面是为了纪念一座全新海岛的诞生,而另一方面似乎也在给人们以启示:难道在地质历史时期中,冰岛也是这样形成的?

科学家们利用人工地震波反射技术对冰岛地下展开了深入的探测,这种探测技术利用不同物质波速不同的性质进行识别,能够在不依赖直视观察的情况下直接展现被探测对象的形态和结构特征。通过这样的分析,我们可知:在冰岛20Km之下,有一个极为巨大的不规则柱状结构体,它大概有160Km宽,600Km深,面积比冰岛面积稍大,纵深则可延伸到地壳以下的地幔之中。于此,许多的研究人员倾向于用热点理论来解释冰岛的形成,那巨大的不规则柱状熔岩体正是地幔羽,而如此大的纵深也和该理论中热点对深部地幔供给物质的依赖遥相呼应。但对于冰岛这片充满巧合的岛屿而言,故事并没有这样么简单就得到了结论,让人直呼不可思议的是,冰岛同时也被分隔北美洲板块和欧洲板块的大西洋洋中脊所穿过,它不偏不倚正好位于大西洋洋中脊之上,不仅如此,它也是地球上唯一一块被洋中脊所切穿并且出露海平面的土地。这样的巧合让另一种解释应运而生:冰岛的岛体其实是洋中脊在侧向扩张过程中,局部地区岩浆大量上涌继而逐渐冷却所形成的,与由孤立地幔柱所产生的热点所形成的岛屿不可同日而语。(延伸阅读《热点漫谈——接入“地球的内网”》

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[Fig3-4]左右分别为两种不同形成过程推演的模式图

目前虽然有更多的科学家偏向于地幔柱是冰岛的形成机制,但在两种解释之间确实尚无定论,因为两种解释都存在具有信服力的理论依据,但同时也都有着各自不小的缺陷。不过简单来说,就冰岛是由5千万年以前火山喷发火山岩堆积所形成的这点上,大家倒是早已达成了共识。

对于我们而言,可能还无法直接参与到究竟是哪一种模式更有可能促使冰岛形成与演化的讨论当中,但至少我们可以明确,在本该寒冷的地区,持续的火山作用可以产生地热,有效利用这些资源可以为人类的生存带来保障。这又不禁让人联想到日本在面对火山和地震时所表现出的镇定和积极应对,虽然没有什么灾难比家园的毁灭和亲人的离逝更为让人沮丧,但面对大自然,人们总该从多个角度去思索和探寻,毁灭之力在不同的条件下转换为生命之机并不是谬谈,这正如锋利的宝剑一样,自它存在以来便有了两刃,杀敌或是自伤只取决于持剑者的意图和行为。而冰岛的存在也确实为逆境中的繁荣提供了最好的例证,与其不厌其烦的抱怨水深火热的煎熬,不如用最大的理性和热情去传唱一首“冰与火之歌”。

附注

*注释:关于海神波塞冬的三叉戟,它曾是权利和能力的象征,属于正面形象,但逐渐在不同神话和宗教的演化和交融中,特别是在基督教的神话故事中,它变成了恶魔撒旦手中的武器,以此象征邪恶的力量。
*注释:虽然近两年欧债危机中冰岛的财务状况不容乐观,但其实体经济在过去几十年的表现还是有目共睹的。

Fig1:      来自 http://www.flickr.com/photos/noramorgan/6967743861/
Fig2:      来自 http://www.flickr.com/photos/jesusisland/4932686847/
Fig3-4:   来自BBC纪录片《地球》

感谢 溯鹰 在本文成文和后期修改中给予的大力帮助。

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