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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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8848不准?珠峰到底多高   

2012-08-11 16:26:20|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:Lithium

作为地球上的明星山峰——珠穆朗玛峰,无论是它的名称,高度,测量方法,都有不小的争议。就连它世界最高峰的位置,都有不少候选者觊觎:如果从海洋中的基底算起,那么夏威夷10200米高的莫纳克亚山(Mauna Kea)理应拔得头筹;如果从地心算起,由于地球是一个赤道处半径最大的椭球体,那么厄瓜多尔的钦博拉索山(Chimborazo)当仁不让;如果“比高”的范围扩大到太阳系,那么火星上20多千米高的奥林帕斯山(Olympus Mons)夺冠就毫无压力了。

【从尼泊尔海拔5000多米的Kala Patthar山顶眺望珠穆朗玛峰,这也是喜马拉雅山南麓最佳的珠峰观看点。图片来自wiki commons】

你可知Everest,不是我真姓

说到珠峰的名字,西方人把它叫做“额菲尔士峰”(Mount Everest),尼泊尔人称为萨加马塔峰(Sagarmatha),中国人则按照其藏语名字,称为珠穆朗玛峰(Qomolangma),意思是“第三圣女”。1852年,英属印度测量局用大地三角测量法对珠峰测量,确定为世界最高峰。经过进一步校准,局长安德鲁?华夫(Andrew Waugh)于四年之后发布了测量成果——8840米,并用他前任乔治?额菲尔士(George Everest)的姓冠名珠峰[1]

事实上,早在康熙年间,清政府便派出专员进入西藏测绘。在1717年完成的《皇舆全览图》上,中国测绘者已标出珠峰的位置,按藏语定名为“朱母朗玛阿林”[2]。中国也曾使用过“额非尔士峰”这一音译名。后来,地理学者王鞠侯先生撰文为珠峰正名,建议采用珠穆朗玛峰这一藏语名称,意见很快就被大家采纳[3]。而尼泊尔在1951年独立后,则恢复了他们本地对珠峰的传统称谓——萨加马塔峰,意思是“世界之巅”。

高高低低,测量方法大不同

测绘学中,高程是某一点相对于基准面的高度。当这个基准面是平均海平面时,就是海拔。谈及珠峰的高程,似乎有无数个选择让人莫衷一是。许多国家在不同时期,都对珠峰高度进行过测量。最近,珠峰脚下的尼泊尔也开始加入进来,计划用两年时间,通过GPS技术测量珠峰高度[4]

【这是珠峰测量历史上比较重要的几次测量数据,珠峰高程分岩面和雪面高度,岩面高度为雪面高度与冰雪层厚度之差。】

许多国家给出的高程有所差异,很大程度上是因为测量方法的不同。测量高程的常用传统方法包括水准测量、三角高程测量和气压高程测量。最主要的就是水准测量,它利用水准仪和水准尺测定两点间的高差,精度较高。三角高程测量通过测量两点间的水平距离和天顶距推算高差,不受地形条件约束,但精度较低。气压高程测量则根据大气压力随高程变化的规律,用气压计测定两点的气压差推算高差。它受气象变化影响大,精度最低。20世纪初,国外科学家就用气压的方法测出过8882米的珠峰高度,偏差可见一斑。现代的GPS技术,则通过全球卫星定位系统,直接或间接得到某点的高度。由于集测量精度高,容易操作,易于携带等诸多好处于一身,该技术越来越受到重视[5]

【上图为水准测量原理,通过中间的水准仪观测两边标杆的刻度,刻度之差即两点间高度差。下图为三角高程测量原理,通过观测两点间的水平距离D和竖直角α,运用三角函数得到两点高度差。果壳制图:V晶V】

此外,各国采用的高程起算面不同,也会影响最终结果。中国采用的是黄海标准,而印度采用印度洋标准。不同海域的海平面高度是不一样的,如巴拿马运河的太平洋侧海平面,就比大西洋侧海平面高20厘米。而且,起算面会随着时间和测量技术而改变。中国2005年的起算面,就比1975年提升了约0.7~0.8米,让珠峰平白无故就低了0.7~0.8米[6]

8848,8850,8844

目前,印度的8848米,美国的8850米,中国的8844米,是最常被提及的三个数值。大家耳熟能详的8848米,其实有印度和中国两个版本。1952~1954年,印度测量局征得尼泊尔同意,把三角测量推进到尼泊尔境内,最后计算出珠峰高程为8847.6米。1975年,中国国家测绘局在1966~1968年测量的基础上,对珠峰进行再次测量,得出新的珠峰高度——8848.13米[7]

尽管两国的数据四舍五入后都是8848米,但却有着本质上的不同。首先,印度版的8848米是“雪面高度”,而我国采用“岩面高度”。此外,1975年,中国第一次将测量觇标带到了珠峰峰顶[5]。觇标是一种测量标志,架设在观测点上,作为观测、瞄准的目标。珠峰峰顶是一个3米×9米的平台,要从不同的角度瞄准一个27平方米的范围,目标点难以一致,而觇标的使用,解决了这一问题。可惜,由于两个高度表面上的近似,中国后测得的8848米的重要性,在国际社会常被低估。

【1975年登山人员立起的3.51米高的红色金属觇标,永久地留在珠峰峰顶,并成为许多登顶人员合影留念的对象,直到为冰雪覆盖。图片来自xinhua.net】

1999年5月,美国计划对珠峰进行测量,张江齐等中国学者作为合作方在北坡脚下给予协助,并提供部分参考数据。同年11月,计划的负责人布兰德福特?沃斯本(Bradford Washburn)宣布珠峰高度为8850米,但中国方面计算出的雪面高程为8848.45米[2]。所以,尽管8850米这一结果在美国盛行,但它并未获得中国官方的认可[5]

2005年,中国测绘局再次测量珠峰高度。通过采用三角测量、水准测量等经典方法和GPS卫星大地测量,经过加权后,认定珠峰高度为8844.43米(岩面)。这也是我国目前承认的珠峰高度,而此前确立的8848.13米高度则停止使用。时隔三十载,珠峰高度出现近4米落差,很大程度上是因为测出的冰雪层厚度之差[6]
冰雪层厚度

 以往各国的测量,大多使用雪面高度。这样做尽管简便,不需要登顶实地考察冰雪层厚度,但也会带来一些问题。季节或年份的变化,都会使得冰雪层厚度有所增减。中国则偏爱“岩面高度”这一数据。不过,要测量出珠峰积雪层的厚度,恐怕不是想象中那么简单。1975年,中国测量人员将一支钢钎往下插,插不动了就认为是到达了岩石,以此法得到的积雪层厚度为0.92米。不过这一数字靠谱程度不容乐观——钢钎的硬度、工作人员的力量等因素,都会影响最终的数据。

冰雪雷达探测仪能够根据不同物质对于频率的不同,探测出浮雪和冰层的厚度。1997年,美国带来了新研制的18公斤的探测雷达,却因太重在登顶前放弃。2005年,中国测量人员运用冰雪雷达探测仪,对珠峰峰顶进行了近39分钟的探测。计算发现,峰顶岩石上方的冰雪层由密度不同的三层物质组成,总厚度3.5米。最上面为积雪层,厚度约1米;然后是冰层,厚度约1.5米:再下面一层密度介于岩石与比冰层间,可能是冰和碎石的混合层,厚度约1米[6]

【雷达探测仪可以“看穿”冰雪,直达岩石。雷达上安装的高精度GPS定位仪,同时也记录下数据的采集位置。这样,我们便能根据收集到的数据,还原峰顶冰雪层的原貌。】

既长高,又变矮

珠穆朗玛峰诞生于新生代开始的一次著名地质运动——喜马拉雅运动。经过长途跋涉,印度板块终于投向欧亚板块的怀抱。这次惊天动地的“火花”,让喜马拉雅山脉和青藏高原迅速抬升。

尽管已经持续几千万年之久,这场运动仍方兴未艾[8]。如果说珠峰的岩面高度,那么理应是增高的。但从珠峰的雪面高度来看,它又在不断的变矮,从1966年到1999年,珠峰顶部从8849.75米(雪面高度)降低到8848.45米,共降低1.3米[9]。在海拔8848米处,冰雪不会消融,雪面的下降需要从成冰作用(从雪变为冰)的角度考虑。经过反复的升华、凝华以及颗粒间的碰撞、打磨,原本棱角分明的雪花,变为近球体的“粒雪”。在更大的埋深和压力下,最终形成真正的冰。

【左图:冰雪层从上到下,颜色逐渐变深,密度逐渐增大,气泡减少。右图:新雪逐渐圆化,最终变为粒雪。】

温度的升高可以加速雪到冰的转化过程。自上个世纪以来,全球的温度攀升了约0.74℃[10]。即使是位于世界之巅的珠穆朗玛峰,也难以在全球变暖的趋势中独善其身。气象站资料表明,自1971年~2004年,珠峰高海拔地区是中国同期升温最显著的区域[11]。温度升高,成冰作用增速,冰雪层的密度增大,厚度减小,珠峰的雪面高度自然降低了。而这正是珠峰在长高,却也在变矮的原因。

可想而知,珠峰的高度,不会因为一次测量就盖棺定论。你测,或者不测,她就在那里,有增,有减。

参考资料

  1.  wiki_Mount Everest
  2.  (1, 2) 赵亚辉等编著. 珠穆朗玛峰到底有多高.北京:测绘出版社,2005.
  3. wiki_王鞠侯
  4.  Nepal to re-measure Mount Everest to end China row
  5. (1, 2, 3) 解开珠峰高度之谜.中国国家地理
  6. (1, 2, 3) 赵亚辉.珠穆朗玛峰为什么“变矮了”.环球时报,2005年10月10日.
  7. 常吉庆.历次珠峰高程测量情况简介.测绘通报,2005,(10): 2~6.
  8. 陈俊勇,王泽民,庞尚益.论珠穆朗玛峰地区地壳运动.中国科学,2001,(31).
  9. 陈俊勇,庞尚益,张骥等.对我国35年来珠峰高程测定成果的思考.测绘学报,2001,30(1): 2~5.
  10. wiki_Global Warming
  11. 杨续超,张镱锂,张玮珠等.珠穆朗玛峰地区近34年来气候变化.2006,(61).

本文首发于果壳网(guokr.com)“自然控主题站”《8848不准?珠峰到底多高

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