《河馬食堂》地球:水最多的一顆星球

《河馬食堂》地球:水最多的一顆星球


◎河馬教授(台大生物環境系統工程學系教授張文亮)

水是這個星球上最平凡的物質,地面有溪水、海水;地面下有地下水,地面上有雲、雨水。地球的南北極都被冰所覆蓋,地球上的每一種生物,例如動物、植物、微生物都含大量的水。人的生活裡也大量的使用水,如洗浴、飲用、清潔、種花、養魚等都需要用到水,甚至有些科學家認為愈文明的地方,人類使用的水就愈多。

打開世界的文明史,也會發現人類文化的起源,都是與水有關。古老的城市都是依水而立,幾個古老的文明,如兩河流域的蘇美文化,尼羅河邊的埃及文化,黃河邊的中國文化,與恆河邊的印度文化。大河幾乎是這些古文化的搖籃地。這些大河不僅提供人的飲用所需,也包括作物種植所需,畜牧養育所需,連排泄物也由大河攜帶而去,甚至不同地方的運輸與旅行也藉著大河。所以最早的人類,多居住在多河圍繞的肥沃土地之上,應是很合理的推斷。

在中國的文字裡,「滋潤」是個優美的詞彙,代表土地使得生命,滋生眾多,滿被祝福,而其前提是要水多,用水無缺,因此滋與潤的部首是「水」。就是現在的用語裡,滋潤仍表示水果的汁多,或是人的皮膚光滑,都仍然含著水多的意思。古人一定對水存著一份感恩,因此在造字如「清澈」、「清涼」、「活潑」都用水邊,並沒有因著水多且平凡而忽視其價值。甚至詠景作詩時,也常提到水,如詩人王之渙的「登鸛鵲樓」一詩:「白日依山盡,黃河入海流,欲窮千里目,更上一層樓」多少年來,依然膾炙人口,即使市井小民,也可以朗朗上口。

雖然,在這個世界上有太多東西比水的價錢高,但是水依然是滋生所有生命最重要的物質。人類可以沒有金子、銀子而繼續活下去,沒有石油、煤礦而繼續有新的能源,甚至沒有土壤而繼續以水耕法種植植物,但是人類不能沒有水。

地球上面為什麼會有這麼多水?
非常奇特的是,在人類所知道的眾多星球之中,地球是擁有最多水的星球。人類直到目前為止,仍然無法瞭解為何在芸芸眾星球中,祗有地球擁有這麼多的水,地球上71%的表面都被水所淹蓋,而且平均的水深是3000公尺深。地球存在這麼多的水,可能包括幾個重要的機制:

1.要在地面水的上面分出空氣來。
近代的天文學家認為,水份因著密度的不同,分為地面上的水,與天空上的水,這對地球日後會有生命的產生,有著絕對重要的影響。因為空中的水(或稱為空氣)能夠將大量的紫外線隔絕,不照到地面上。如果沒有空氣,大量的紫外線會將水分子(H2O),裂解成為氫氣(H2)與氧氣(O2),地面上的水就會消失了。

2.地面上要有高有低
如果地球的表面都是平的,也蓄積不了多少水,地球必須有高有低,使高的地方成為乾地,低的地方成為海水的蓄積之處。為此,地球過去一定有過巨大的變動,而產生高、低表面的不均。也幸而有這樣的變動,地球的乾地才能露出水面,地面上才能有陸地上的動植物生存。

3.地面上要有一次的大洪水發生
從地面高山的化石証據顯示,過去地球有過大洪水,甚至淹了許多的高山,而把水生物留在山頂上,成為化石遺跡。這個大洪水的水不祗是來自地面上的海水,與空氣中的雨水,因為這些水加起來也不至淹到高山頂上。大洪水時有相當大量的水來自地面以下,可能是來自一個巨大的地震,將地球地面以下許多的岩石都磨擦溶解了,以致於岩石中大量的氫氣與氧氣被釋放出來,有一部份成了水蒸氣,隨著裂開的地面,湧流而出,也成為大洪水的一部份。大洪水過後,這些水又滲入地下,成為地下水。而留在地面上的水,在長年對地面岩石的風化過程中,逐漸的鹽化,成為海水。

4.地球與太陽的距離恰到好處
地球距離太陽的平均距離為1.495979×108公里,這是一個微妙的距離,使得太陽照到地球的熱輻射,不會多到使地球表面的水份全部蒸發掉,或是少到使得水份全部結成冰。地面表面的溫度極少超過50℃,水還不會會蒸發掉,但是地球的近鄰水星,距離太陽稍近一些,為5.97×107公里,每天的溫度都高到330℃,水份如果有的話,也全部蒸發了,水星一點也沒有「水」的蹤影。

5.地球自轉的速度適宜
地球自轉的速度是每秒29.79公里,因為地球轉動時,天上的、地上的一切景物也依此速度轉動,所以人不自覺地球的轉動,否則就會立刻頭暈眼花,我們怎能在如此快速的摩天輪上生活起居呢?更有意思的是,如果地球的自轉速度加快,如同離心機的果效,很多的水份會被轉離地球。反之,如果地球的轉速慢一點,一天將不是二十四小時,而是三十小時,或是更久,這樣地球的晚上將更冷,白天將更熱,不適合生物的生存,所以地球的自轉產生「有晚上,有早晨」,而且轉速恰當,使得晚上與早晨的長度適宜。

6.地球由混沌冷卻成固體合宜
星球的形成是一種逐漸冷卻的程序,有的星體冷卻的很慢,如太陽至今仍然熾熱,有的星球冷卻的速度較快,如地球的近鄰火星,比地球上的岩石更古老。沒有人能猜得透(因為地球冷卻時,沒有人在現場看),地球在混沌氣團時,逐漸冷卻的過程中,所釋放的主要的氣體,為何是穩定的氮氣(N2)與氧氣(O2),並微量的二氧化碳(CO2),構成現今主要的大氣層成份。

其他的星球,如金星大氣層百分之九十五的成份是二氧化碳,木星的大氣層百分之七十八為氫氣,土星的大氣層百分之八十八也為氫氣,其餘的氣體成份為氦氣。人類將來若想移居到這些星球,除了要有遠程航行的太空船之外,還要有能立建立合適的太空站,因為沒有生物能在這種大氣成份下生存,更糟的是沒有水。

是什麼樣的原因,使得地球在冷卻的過程中,產生這麼多的水?可能是人類永遠解不開的謎。科學家由星光的色譜分析,來判斷各星球的主要成份,發現有的星球主要是劇毒的氰氣,硫酸氣,甲烷氣…就是不含水,或是極低成份的水。水如此的豐富,是地球的一個能夠滋生各樣生物的主要特色。

當人已經習慣於使用大量的水時,應該心存感恩,我們是生活在浩瀚宇宙中最獨特的一個星球上。

資料來源:
1.Seeds, MA., 1999. Foundations of Astronomy. wadsworth Publishing Company. Canada.
2.Gift, W., 1996. Stars and Their Purposes. Christliche. Literatur-Verbreitung e.v. Germany.
3.Boschke, F.L., 1962. Creation still Goes On. McGraw-Hill Book company. New York.

本文經原作者同意轉載,本文轉載自河馬教授的網站

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