溫暖我們的不僅僅是陽光 應(yīng)該還有地球電磁場(chǎng)
人們稱頌“萬物生長(zhǎng)靠太陽”,這是因?yàn)樯锏纳L(zhǎng)和進(jìn)化所需要的能量都是來自太陽,當(dāng)然這里指的太陽是太陽光給地球的能量.如果沒有太陽光的能量,地球動(dòng)物、植物、生物的一切活動(dòng)都將停止,世界會(huì)變得一片黑暗,萬物都要走向滅亡.從廣義上講,太陽光是地球上大多數(shù)能量的源泉,例如風(fēng)能,生物轉(zhuǎn)化的化學(xué)能,水的勢(shì)能等等.各種生物在地球上生存,地球必須保持有一定的環(huán)境溫度,地球的溫度需要消耗巨大的能量.這些能量從那里來?我們現(xiàn)代的科學(xué)和氣象學(xué)認(rèn)為,那還用問,它都應(yīng)該是來自于陽光.
可是如果我們仔細(xì)想想,我們的環(huán)境溫度全部都是太陽光提供的,那么就有好多問題無法解釋.首先說晝夜的溫差,地球的晝夜溫差非常小,地球上大多數(shù)天氣的晝夜溫差,我們暫且稱之為地球的年平均日溫差,它只有幾攝氏度.和月球的年平均溫差300多攝氏度相比只有很小的一點(diǎn),還不到其零頭.為什么地球的溫差會(huì)這么小呢?現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為是空氣和海洋的保溫作用造成的.但是仔細(xì)想想,只有光線給物體加溫,沒有另外的能量源,靠空氣和海洋的保溫,地球的溫差只會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)?這是件不可思議的事.
我們首先比較一下地球和月球的具體情況,它們主要有四點(diǎn)不同：1、地球擁有大氣層,月球沒有；2、地球有海洋,月球也沒有；3、地球的地?zé)嵋仍虑蜇S富,現(xiàn)在的月球地?zé)崮茌敵鰩缀鯙榱悖?、地球擁有電磁場(chǎng),月球沒有.當(dāng)然地球和月球的溫差差異與這四點(diǎn)不同是密不可分的.
地球的日溫差很小,靠空氣和海洋的保溫作用造成的觀點(diǎn),主要源于大氣的溫室效應(yīng)對(duì)地球有一定的保溫作用和海洋中的水有很高的比熱可以保存許多熱能量的理論予以支持的.但是地球全面積的黑體輻射會(huì)消耗掉巨大的熱能,地球只有一點(diǎn)點(diǎn)降溫是不好解釋的.東方人很早就把地球在太陽系中的位置定義為二十四個(gè)節(jié)氣,作為一個(gè)長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)國能歸納出二十四節(jié)氣,并用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),這需要擁有相當(dāng)?shù)闹腔?只是因?yàn)闆]有使用拼音語言,所以未能抽象出現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ).二十四節(jié)氣中有一個(gè)節(jié)氣叫白露,在北半球的溫帶地區(qū),節(jié)氣白露的日溫差最大,有的年份最高時(shí)可以達(dá)到近20攝氏度.同樣的空氣,同樣的海洋,為什么白露時(shí)節(jié)的溫差就大呢?只有保溫這樣的因素,保溫的條件沒有變,為什么溫差會(huì)改變呢?
現(xiàn)代氣象學(xué)的方法是用流體力學(xué)的方法來概算地球大氣的溫度狀態(tài).這就好比在一個(gè)平底鍋里放上水,測(cè)量幾個(gè)溫度點(diǎn)之后,再去推算鍋中水的溫度狀態(tài),而不管鍋外是怎樣對(duì)鍋加溫的.這種情況有點(diǎn)像盲人摸象.科學(xué)的方法是,如果要充分理解地球這一事物的熱本質(zhì),那么就必須分析在這一節(jié)點(diǎn)上的能量平衡.也就是說要熟知地球獲得能量或者散失能量的每個(gè)體系.
地球獲得能量的體系可以分為三大類：第一類是太陽光,它是保持地表溫度的主要能量來源之一,也是地球成為一個(gè)活躍世界的能量源泉.第二類是引力作用力和核裂變衰變能.這類能量可以分為三種：一是太陽及其它星球的引力作用力,潮汐和四季變化是這類力的表現(xiàn)；二是地球自轉(zhuǎn)力,地球日變化和季風(fēng)是該力的氣象現(xiàn)象；三是重力能和核裂變衰變能,它們的作用使地球內(nèi)部保持有相當(dāng)高的溫度,地球形成初期時(shí)它們的量是巨大的,經(jīng)過地球幾十億年的演化,現(xiàn)時(shí)它們能保持地核的溫度不很快降低就不錯(cuò)了.第三類就是太陽風(fēng)了,上世紀(jì)六十年代我們才知道它的存在,是它驅(qū)使了地球電磁場(chǎng)的活動(dòng),并且使地球磁場(chǎng)保持著相當(dāng)大的形態(tài).太陽風(fēng)的單位能量并不是很大,不過龐大的地球磁場(chǎng)形態(tài)使地球在接受太陽風(fēng)的能量上提高了近千倍.
地球消耗能量的體系可以分為四大類：第一類是地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量消耗,地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)是需要消耗能量的,只是這個(gè)體系與本文無關(guān),我們不在這里討論；第二類是地球溫度的能量消耗,其中包括地球的黑體溫度輻射、風(fēng)能、雨水的勢(shì)能,另外還包括生物將陽光能轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)能,因?yàn)樽詈笏鼈冞€是要轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；第三類是地球的電磁?chǎng)形態(tài)能量消耗,其中包括極光、雷電、磁暴及其它、厄爾尼諾類能耗和范艾倫輻射帶的保持能；第四類是地球的局部聚變能,其中包括地震、火山爆發(fā)等.這四類能量消耗只有第三類體系我們不太熟悉,以下來看它的運(yùn)作機(jī)制.
在人類將衛(wèi)星發(fā)射升空之后,我們才開始認(rèn)識(shí)到太陽風(fēng)、地球磁層以及輻射帶等地球電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的存在.簡(jiǎn)單地說地球電磁場(chǎng)是一種天然變磁器,它可以分為磁層磁場(chǎng)、地電場(chǎng)和地磁場(chǎng)三大部分.
磁層磁場(chǎng)的外邊界叫磁層頂,離地面5～7萬千米.在太陽風(fēng)的壓縮下,地球磁力線向背著太陽一面的空間延伸得很遠(yuǎn),形成一條長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴,稱為磁尾.磁尾的磁赤道附近,有一個(gè)特殊的界面,此界面稱為中性片,厚度大約有1000千米.中性片將磁尾部分成兩部分：北面的磁力線向著地球,南面的磁力線離開地球.由于太陽風(fēng)以高速接近地球磁場(chǎng)的邊緣,便形成了一個(gè)無碰撞的地球弓形激波的波陣面.波陣面與磁層頂之間的過渡區(qū)叫做磁鞘,厚度為3～4個(gè)地球半徑.磁層頂有能量交換.由此磁層磁力線攜帶太陽風(fēng)的能量進(jìn)入地球,太陽風(fēng)強(qiáng)烈時(shí),磁力線在地球電離層處留下千資百態(tài)、絢麗多彩的極光,它們?cè)跇O區(qū)的平面上是個(gè)環(huán)形,所以也稱作橢圓極光帶.為保持磁層的形態(tài)、產(chǎn)生極光和磁層的活動(dòng)等都需要耗費(fèi)大量的能源.因此太陽風(fēng)的能量必須進(jìn)入磁場(chǎng)磁層,否則地球的環(huán)境里再也找不到如此大的能量源了.現(xiàn)在許多人把磁場(chǎng)能量源于地球的自轉(zhuǎn)或者地球內(nèi)的熱能,這顯然是些不切實(shí)際的理論.因?yàn)檫@些能量都太小,不足以形成地球電磁場(chǎng).
磁層磁力線激勵(lì)的地電流是個(gè)環(huán)地球緯度的地殼電流場(chǎng),它在赤道附近的電流最大.太陽活動(dòng)激烈時(shí),大地環(huán)電流會(huì)燒壞輸電設(shè)備,更強(qiáng)烈時(shí)還能燒壞輸油管道.雷電是大地電流的的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),現(xiàn)在認(rèn)為陽光的能量可以轉(zhuǎn)化為雷電現(xiàn)象的理論極其困難,除非在地球上存在天然半導(dǎo)體效應(yīng).總體地看地球的雷電過程,其地表雷電每時(shí)每刻都會(huì)在地球上發(fā)生,風(fēng)能或者單位地表溫度能是沒有這樣大的力量為雷電提供動(dòng)力的.
雷電現(xiàn)象實(shí)際上是在地磁場(chǎng)中發(fā)生的,它也可以算做地磁場(chǎng)的一部分.地磁場(chǎng)是地球變磁器的次磁場(chǎng),它包括地磁場(chǎng)磁力線、雷電場(chǎng)、范艾倫輻射帶和2萬多千米高空的赤道環(huán)電流.地磁場(chǎng)通過赤道環(huán)電流和磁層磁場(chǎng)耦合在一起,有此形成龐大的地球電磁場(chǎng)體系.雷電場(chǎng)和范艾倫輻射帶密切相關(guān),高能級(jí)的雷電過程可以將范艾倫輻射帶中的電離子清理出好大一片空間.
總而言之,維持地球表面溫度的主要能量來自陽光、地?zé)岷偷仉娏?1、陽光對(duì)地表的加溫我們非常熟悉,陽光是一種低熱值的能源,它分為可見光部分和不可見部分,不過能量大多都分布在可見光部分.陽光的能量有很小一部分被大氣所吸收,在陽光直射的情況下有百分之五十的太陽常數(shù)能量可以到達(dá)地面.光的熱作用基本上都是在物質(zhì)的表面,當(dāng)光線撤離后,物體會(huì)很快冷卻.陽光對(duì)地球表面的加溫具有季節(jié)性,但是對(duì)溫帶的影響不應(yīng)該很明顯,因?yàn)樘柛淖兘嵌鹊恼丈?并不會(huì)使太陽光的能量減少許多.2、地?zé)釋?duì)地球表面的溫度影響是持續(xù)的,它對(duì)地球的每個(gè)方位上的能量輸出都相差不多.對(duì)地球的南北兩極地表的加溫主要靠地?zé)?陽光和地電流在這里的作用微乎其微.3、大地電流對(duì)地殼的加溫是全緯度的,赤道附近最強(qiáng),向極區(qū)逐漸減弱.地電流的日變化很小,在3～5時(shí)區(qū)域最弱,因?yàn)槟菚r(shí)的磁層磁力線是紊亂的.由于赤道與黃道有一個(gè)23度多的夾角,所以地電流對(duì)地殼加溫具有年的季節(jié)性.由于雷電是地電流產(chǎn)生的,所以雷電發(fā)生與否即可以反映地電流的強(qiáng)弱,雷電的季節(jié)性是明確的.地電流的季節(jié)性強(qiáng)于陽光,由于地電使大地升溫非常緩慢,所以地球的季節(jié)性,特別是季節(jié)的推遲效應(yīng)都應(yīng)該是地電流的主要表現(xiàn).
地球內(nèi)熱對(duì)地球表面溫度的影響是持續(xù)性的,它隨時(shí)間的變化不大.陽光和地電對(duì)地球表面的溫度影響,由于太陽和地球在空間的位置不同,所以它是多變的,這樣陽光和地電流造就了地球表面多變化的氣候環(huán)境.我們可以總結(jié)如下：
1、由于地電流全天持續(xù)地對(duì)地表加溫,所以在失去陽光的夜晚,地球表面不會(huì)有太大的降溫.
2、如果是晴天,白天有強(qiáng)烈的日照,晚上降溫就會(huì)大一些,陰天對(duì)地表的加溫基本上完全倚靠地電流,所以其溫差很小.有時(shí)候某一地區(qū)會(huì)連續(xù)陰雨幾十天,陽光對(duì)地面的作用可以說是微乎其微,但是當(dāng)?shù)販囟热匀徊粫?huì)降低,原因就是有地電在起著加溫的作用.
3、在地球上,地電流弱的地方,溫差就大；地電流強(qiáng)的地方,溫差就小.在沙漠地區(qū),因?yàn)榈叵滤苌?所以地電流就小,這樣沙漠的溫差就大.之前認(rèn)為,沙漠溫差大的原因是沙漠比熱小的原因造成的,其實(shí)際上是：植被土地和沙漠的比熱相差并不大,而陽光對(duì)沙漠的能量釋放卻更大.原因是地電流的作用小,沙漠得到的光熱能量很快就會(huì)散去.另外沙漠之下的地電阻每地都是不相同的,所以各處沙漠的日溫差也不盡相同.
4、依據(jù)電磁感應(yīng)的右手定理,地電流是由東向西流動(dòng)的,也就是說電子是由西向東運(yùn)動(dòng)的.對(duì)于歐亞大陸,西部邊緣地電的作用就比東部強(qiáng),所以在西歐形成了溫暖濕潤(rùn)的氣候環(huán)境.有人認(rèn)為西歐的氣候是典型的海洋性氣候.其特征是氣候溫和,四季不甚明顯,且日溫差、年內(nèi)溫差和年際溫差都較小.這樣的氣候,相對(duì)而言是舒適的.為說明問題,我們可以比較一下英倫島和庫頁島的氣候：相同的緯度、同樣的日照、相似的海洋、相差不多的海流,但是氣候卻如此不同,一個(gè)濕潤(rùn)多霧,一個(gè)卻寒冷干燥,可以說沒有地電流的作用就沒有西部歐洲舒適的自然環(huán)境.
5、回答以上我們提到的關(guān)于為什么白露溫差大的問題,在氣節(jié)白露地電流有百分之八十由于季節(jié)原因,向南移了,這時(shí)北半球的溫帶大多只有陽光在起作用,白天溫度提升起來了,夜間卻很少有地電流的支持,所以在這些日子里是全年溫差最大的時(shí)段.
6、厄爾尼諾是指太平洋中東部地區(qū)赤道附近范圍內(nèi)海水異常的增溫現(xiàn)象,陽光的照射不會(huì)在太平洋中發(fā)生這種自然現(xiàn)象,因?yàn)殛柟獾恼丈涫谴蠓秶?幾乎是覆蓋整個(gè)熱帶地區(qū)的溫度提升；海流和風(fēng)也不會(huì)引起這種現(xiàn)象發(fā)生,因?yàn)槎驙柲嶂Z現(xiàn)象所需要的能量太巨大了.厄爾尼諾現(xiàn)象是整個(gè)太平洋地區(qū)的大氣候現(xiàn)象,除了陽光就只有太陽風(fēng)這樣的大能量才可以驅(qū)動(dòng)它.
7、地電流會(huì)給地球表面加溫的證據(jù)比比皆是,它不必要像某些理論要到處去搜羅證據(jù).關(guān)于全年溫差問題、高原與盆地溫度差異問題等等,地電流加溫理論都可以給出合理的解釋.依據(jù)多年的氣象統(tǒng)計(jì),地球的全年平均溫度和太陽風(fēng)的強(qiáng)弱密切相關(guān),由此也可以反證地球電磁場(chǎng)的存在.給于環(huán)境合適溫度的能量,不僅僅只有陽光,同時(shí)還有地球電磁場(chǎng).地球電磁場(chǎng)為我們提供的能量非常龐大,在我們?nèi)笔Ю斫膺@一重大能量源的情況下,就盲目地認(rèn)為地球在“變暖”,人類應(yīng)該怎樣怎樣去改變我們的生存環(huán)境,這顯然是些不切實(shí)際的想法,這也是些不可能解決任何實(shí)際問題的議定方案.
8、在人類充分理解地球的活動(dòng)機(jī)理后,我們將有可能人為地調(diào)整地球的氣候狀態(tài).但是,在沒有對(duì)地球環(huán)境的充分理解和實(shí)驗(yàn)時(shí),人類所做的事將是非常危險(xiǎn)的,因?yàn)槲覀冎挥幸粋€(gè)地球.中國科學(xué)家曾經(jīng)提出,想將喜馬拉雅山炸開個(gè)口子,把印度洋的暖濕氣流引入到中國內(nèi)地,以改善那里的氣候環(huán)境.不過,這種方案可能非常幼稚：大氣氣流攜帶不了多少能量,它何以能改變地球的氣候環(huán)境?不過,現(xiàn)在亞洲的中部所形成的越來越嚴(yán)重的干旱狀況,它會(huì)對(duì)整個(gè)北半球的氣候造成非常惡劣的影響,現(xiàn)在應(yīng)該想辦法改善這塊土地的電導(dǎo)率,那才是最為需要解決的問題.
9、現(xiàn)代的氣象學(xué)認(rèn)為,氣象變化的能量都來自太陽,沒有人會(huì)認(rèn)為地底下能冒出多少能量來.現(xiàn)在的人類已經(jīng)開始對(duì)地球環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化,令人遺憾的是地球大氣溫度場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)等都早已為人類所熟知,缺失的是地球大地溫度場(chǎng)的歷史數(shù)據(jù)分布.可以感知,大地電場(chǎng)產(chǎn)生的熱效能和許多氣候現(xiàn)象密切相關(guān),有人統(tǒng)計(jì)過,地球上的降雨量也是和太陽黑子的變化密切相關(guān)的.太陽光給我們的熱量是實(shí)時(shí)的,熱值不高的,而霧氣和降雨的水氣,卻都帶著一種蒸騰的能量,它們不會(huì)來自陽光.對(duì)于這些還未能定義的氣象現(xiàn)象,我們當(dāng)然要用一種審慎的和科學(xué)的態(tài)度來予以對(duì)待.
無論是西方人,還是東方人,總有那么一些人喜歡自己認(rèn)為：這個(gè)世界應(yīng)該是怎么怎么樣的.前一段時(shí)間我撰文告知：依據(jù)古地磁的留存形態(tài),地球磁場(chǎng)就沒有翻轉(zhuǎn)過.可是有些人卻認(rèn)為：我想地球磁場(chǎng)還是翻轉(zhuǎn)過的.地球磁場(chǎng)翻沒翻轉(zhuǎn)過,不是根據(jù)誰想的,是要依據(jù)實(shí)測(cè)到的數(shù)據(jù)來定論的.科學(xué)的態(tài)度就是,要少一些自我認(rèn)為,多一些對(duì)客觀事物的尊重.科學(xué)是什么?科學(xué)是一種方法,一種用數(shù)學(xué)或者其它語言客觀定義自然事物的方法.科學(xué)是一種精神,一種堅(jiān)持不懈尊重自然事物規(guī)律的實(shí)事求是的精神.有了科學(xué)的態(tài)度,再重新認(rèn)識(shí)到地球表面的熱能不僅來自太陽光,而且還有地球電磁場(chǎng)在起作用,這樣我們周圍的許多氣象現(xiàn)象就可以得到解釋.