一颗雨滴的奇妙世界(2)

时间:2015-07-31 15:21:36 

雨滴在空气中的降落速度最初是逐渐增大的,随着雨滴降落速度的增大,空气阻力也逐渐增大,雨滴的加速度则逐渐减小,最后加速度减为零,雨滴呈匀速下降。这时雨滴的降落速度达到最大值,叫“雨滴终速”。直径0.1毫米大小的雨滴,其雨滴终速是2~3米/秒,最大雨滴的下落速度为8~9米/秒。

如果一场暴风雨中的所有雨水汇聚成一整滴雨

如果在一场暴风雨中,所有的雨水在几千米高空汇聚成了一个巨大的水滴,成为一个直径超过1000米、重量达到6亿吨的水球,那会是怎样的情形?有科学家做出过如下推测:大概有五六秒的时间,人们看不出任何异常。之后,云层的底部向下隆起,在某一瞬间看起来,有点像正在形成的漏斗云。隆起逐渐变大,在第10秒,水滴会脱离云层落下来。

这个巨大的水滴以每秒90米(每小时324千米)的速度下落,狂风在水滴表面吹起水花。水滴的边缘会产生泡沫,因为空气被挤了进去。大约在水滴形成之后的第20秒,水滴的边缘触到了地面,此时它的运动速度超过了每秒200米。在撞击点的正下方,空气来不及排出,被压缩的空气迅速升温,瞬间可以达到几百摄氏度,几乎能点燃草地。

对草儿们来说,高温不过几毫秒,一大坨凉水便倾斜而至。但凉水的速度超过了音速的一半,小草估计会被水球砸到地底下了。同时,水球砸向地面,水球向下的压力遇到地面后,一部分被弹起,而大部分朝四方分解,形成高速的激流,向四面八方奔流而去。那部分被弹起的又落下,形成又一波奔流—这样一浪又一浪地向外扩张,像冲上岸的海啸巨浪一样,拔起树木,冲毁房屋,卷起土层,将沿途的一切毁灭殆尽,甚至20~30千米内的建筑物都会被破坏。只有被山脉保护的地区,才会幸免于难。

更远的地区基本上不会受到水浪的影响,然而下游几百米甚至上千米外的河流附近,在撞击后的几个小时内,将遭遇一次突如其来的洪水袭击。

悬浮的海洋

每颗雨滴自生自灭—水滴蒸发,水蒸气上升到空气中的冷层,形成云团,然后又凝聚成雨水滴落下来。但是,这些还不是“雨滴故事”的全部—我们往往忽略了雨滴们的规模和成分。其实在数千米甚至上万米的高空,亿万吨的云彩不仅在周游世界,而且在通过降雨的方式,对海洋、河流以及湖泊中的水分进行分配管理。据估计,地球每天有超过15万亿吨的水—整个地中海水量的3倍之多—正悬挂在我们的头顶上。它是一个盘旋在空中悬停的海洋,对于地球生命至关重要。没有雨水,植物、动物和人类将会在几年内统统消失。

我们头顶上这片巨大的、可谓是名副其实的海洋—每一颗雨滴所包含的都远不仅是水。科学家们分析了雨滴之后发现,促使它们形成的悬浮颗粒中,不仅含有火山灰、沙漠尘土或者海洋中的盐分,还含有细菌、病毒以及DNA分子。实际上,有一个包含着生命物质的海洋悬浮在我们的头顶上,数千种的细菌、小生物在环游世界,封存在雨滴中。当雨滴落下时,它们随之落入土地,生根发芽。

每天,都有亿万颗雨滴从天空落下,每一颗都代表一个迷人的小规模的宇宙。这小小的雨滴,折射的可真是大千世界!

(司志政摘自《大科技百科新说》2015年第6期,Raven图)

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