在科學的入口處

前言

　　認識地球，愛惜家園　　萬物皆有道，自然最和諧。大自然是科學的寶庫，創(chuàng)新的源泉。從某種意義上說，世間最聰明的不是萬物之靈——人，而是大自然本身。人類賴以生存的地球千變?nèi)f化，蘊藏著無限的奧秘；人類只能在適應(yīng)自然變化的過程中求得生存，在探索自然奧秘的過程中變得聰明，在掌握自然規(guī)律的過程中進步發(fā)展。地球科學正是認識地球、了解人類家園的鑰匙。不管你是學什么做什么的，也不管你是男女老少，只要你生活在這個地球上，你自覺不自覺都得接受自然變化的洗禮，都得問津地球科學，因為人們的衣食住行、吃喝玩樂以及誰都要接觸的自然環(huán)境，無不與地球有關(guān)，無不與地球科學有關(guān)。　　由成都理工大學黃寰副教授和劉興詩教授等人編寫的這本地球科學科普讀物，緊緊抓住上個世紀地學發(fā)展的重大事件和最新成果，以通俗易懂的語言和生動活潑的表現(xiàn)形式，全面系統(tǒng)地闡述了人類在探索自然奧秘的征程中所取得的重大發(fā)現(xiàn)和重要進展，由此不僅能受到地學的啟迪，也會感受大自然的奧妙和親近大自然的樂趣。人們越是了解自己的家園——地球，也就越會愛惜和保護自己的家園?！　∥覠崆樽ＹR劉、黃二位教授的地學科普書面世，祝愿更多的科學工作者寫出更多更好的科普叢書。　　院士　　中國南極村南極科學考察隊首席科學家、中國科普作家協(xié)會理事長、中國科學院院士　　2007年11月

內(nèi)容概要

馬克思說：“在科學的入口處，正像在地獄的人口處一樣，必須提出這樣的要求：‘這里必須根絕一切猶豫；這里任何怯懦都無濟于事?！?　　20世紀地學研究的主要任務(wù)是認識地球?？茖W家憑其“上天入地下?！?之技，對地球內(nèi)部各圈層、大氣圈、生物圈進行了廣泛研究，取得了豐碩的成果?！　≡?0世紀地學發(fā)展的歷史長河里，涌現(xiàn)出30個作出了重大貢獻的科學家或科學家群體。他們提出了大陸漂移說、板塊結(jié)構(gòu)說、地球圈層結(jié)構(gòu)、米蘭柯維奇假說、地質(zhì)力學等新理論，發(fā)現(xiàn)了雅魯藏布大峽谷、澄江動物群，開展了深海探測、大陸科學鉆探、“生物圈二號”等科學研究……本書將帶你來到20世紀科學的人口處，在這里回望20世紀地學發(fā)展的歷史，了解你想知道的20世紀地學發(fā)展的一切。

作者簡介

黃寰，生于1977年2月。現(xiàn)為成都理工大學副教授、科學技術(shù)哲學專業(yè)碩士生導師。中國科普作家協(xié)會理事、四川省科普作家協(xié)會秘書長。已發(fā)表各類科普文章2000多篇，編著、主編、參著名類科普圖書30多種，科普作品曾多次獲獎。

書籍目錄

地球上空的鏡子——電離層的發(fā)現(xiàn)登上難達之極——人類北極探險征服最后的處女地——南極探險史實現(xiàn)“呼風喚雨”的夢想——人造風雪及人工降雨測出地球的年齡——放射性年代測定法的發(fā)現(xiàn)與運用“大詩人的夢”——魏格納提出大陸漂移學說地球科學的一次革命——板塊構(gòu)造學的提出人造衛(wèi)星上天之后第一個重大發(fā)現(xiàn)——范艾倫輻射帶深淵之旅——人類深海探測伸入地球的內(nèi)部望遠鏡——大陸科學鉆探取得突破性進展理清地球內(nèi)部基本圖像——對地球圈層結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)揭開冰期和間冰期轉(zhuǎn)換之謎——米蘭柯維奇假說“20世紀最驚人的發(fā)現(xiàn)之一”——揭秘“寒武紀大爆發(fā)”的澄江動物群被燒穿的保護傘——南極臭氧空洞人類起源于猿的證明——_20世紀古人類學化石成就20世紀末一次重大的地理發(fā)現(xiàn)——世界最大的雅魯藏布大峽谷中國人獨創(chuàng)的地學體系——地質(zhì)力學地震預(yù)報難圓之夢——艱難的地震預(yù)報算出來的天氣預(yù)報——數(shù)值天氣預(yù)報歷程開創(chuàng)大氣象的中國氣象科學家——葉篤正遍數(shù)中國五千年氣候變遷——揚名于世的中國氣象學家竺可楨丈量世界之巔——中國準確測量珠穆朗瑪峰峰頂深海地熱理論的發(fā)展——不靠太陽的“深部生物圈”地理學的新發(fā)展——地帶說尋找現(xiàn)代工業(yè)的動力之源——成礦理論的發(fā)展地球在發(fā)燒——全球變暖人類只有一個家園——“生物圈二號”實驗失敗的啟示人類必然的抉擇——可持續(xù)發(fā)展地球是一個整體——地球系統(tǒng)科學用0和1描繪地球——改變世界的“數(shù)字地球”

章節(jié)摘錄

　　地球上空的鏡子——電離層的發(fā)現(xiàn)　　1901年12月12曰，發(fā)明無線電通信的意大利發(fā)明家古里亞莫·馬可尼收到了從大西洋彼岸英國發(fā)來的清晰的莫爾斯電碼，而這之前，一位大學教授曾十分不以為然地說：“實現(xiàn)歐洲和北美大陸之間越過大西洋的無線電通信是不可能的。電磁波像光一樣傳播，它不可能越過大西洋弧形海面凸起的230千米高度，除非在很高的高空懸掛一面與大西洋一樣大的鏡子，讓它把電磁波從英國反射到美洲去?！薄　?0年之后，人們才知道大西洋上空確實有一面“大鏡子”，這就是電離層。電臺發(fā)射的電波必須借著在地球表面上空近百公里高度的電離層折射，才能夠在遠處被接收到，而地球上空的電離層就像一面變化多端的鏡子，電離層對人類經(jīng)濟活動的重大意義，最早是和它對電波傳播的影響聯(lián)系在一起的，這涉及到無線電通訊、廣播、無線電導航、雷達定位等方面的應(yīng)用。受影響的波段從極低頻（EIF）直到甚高頻（UHF）?！　∫?、馬可尼發(fā)明無線電通信　　1895年，年輕的意大利人馬可尼發(fā)明了無線電通信技術(shù)。從此，攜帶人類信息的電磁波開始在空間自由旅行，人們不必依賴電線，就可以在遙遠的地方互通信息，還可以借助電磁波獲得大自然的信息?！　?894年，馬可尼在度假期間，從他的老師為赫茲寫的訃告中知道了電磁波，開始了電磁波通信的實驗研究?！　〉聡锢韺W家赫茲在1888年發(fā)現(xiàn)電磁波時，發(fā)射機與接收機之間的距離只有幾米遠，當時在實驗室中產(chǎn)生的電磁波特性與光很相近，但在專門研究電磁波的學者中很少有人嘗試把它應(yīng)用于通信?！　‘敃r，人們已不再使用火花放電的方法檢測電磁波，而是改用法國科學家布蘭利1890年發(fā)明的“金屬粉檢波器”。這種“檢波器”是一種填充金屬粉末的小玻璃管，兩頭各有一條引線，當有電磁波通過時，金屬粉末顆粒就會緊緊地靠在一起，使電阻減??；如果通過金屬粉末使電池與電鈴相連，那么在探測到電磁波時，金屬電鈴就會鈴聲大作。但是這種“檢波器”一旦接收到電磁波信號，粉末就不再松開，因而無法區(qū)分莫爾斯電碼的信息。馬可尼改進了這種“檢波器”，他為赫茲用過的那種發(fā)射機加上兩塊鐵板，降低電磁波的頻率，使它能夠繞過地面的障礙物逐漸增大通信距離。1895年9月，當馬可尼試圖拉開兩塊鐵板之間距離的時候，發(fā)現(xiàn)通信距離顯著增加，于是他干脆把一塊鐵板插到地上，在另一塊鐵板上豎起一根長長的導線。采用這種單獨豎直向上的導線，是馬可尼的創(chuàng)舉，他把它叫做“天線”。1899年，馬可尼實現(xiàn)了跨越英吉利海峽的無線電通信。馬可尼表示將實現(xiàn)歐洲和北美大陸之間越過大西洋的無線電通信。他在英國康沃爾海邊建造了一座高57米的發(fā)射塔，而后又在加拿大的紐芬蘭面向大西洋的海港山頂建造一個接收站，用風箏把接收天線升高至400米處。1901年12月12日，馬可尼收到了從大西洋彼岸發(fā)來的清晰的莫爾斯電碼。20年之后，人們才知道這是大西洋上空的“大鏡子”——電離層幫的忙。　　二、阿普頓證明電離層的存在　　從1 925年開始，許多科學家開始進行電離層的研究工作?？茖W家們向電離層發(fā)射無線電脈；中訊號，然后從電離層反射的回波中，可以了解到電離層的自然現(xiàn)象，所得到的結(jié)果就是：地球上空的電離層就像是一把大傘覆蓋著地球，而且隨著白天或夜晚或季節(jié)的變化而變動。人們同時還發(fā)現(xiàn)某些頻率可以直接穿過電寓層，而有些頻率則以不同角度折返回地球表面。雖然對電離層已經(jīng)有了某種程度的了解，而且短波的國際通訊也有了很大的發(fā)展，但幾十年來，科學家從不放過任何繼續(xù)研究電離層的機會，甚至火箭發(fā)射、人造衛(wèi)星試驗及最近的太空穿梭飛行，都要做些實驗，以期能更進一步了解電離層的變化規(guī)律。最近，科學家借助超級計算機建立了各種假設(shè)的電離層分析模型，希望能夠像天氣預(yù)告那樣，可以預(yù)測未來幾天的電離層狀沉。　　第二次世界大戰(zhàn)后，英國物理學家愛德華·阿普頓與荷蘭無線電專家巴爾薩·范德一波爾一起，在卡文迪許實驗室首先研究真空管。1932年，他寫了一篇題為《熱離子真空管》的專題論文。隨后，他開始研究無線電訊號的衰減。1924年，阿普頓和新西蘭的一個學生巴爾尼特一起，完成了一項實驗，測定了大氣電離層高度?！　〈饲埃P(guān)于大氣電離層高度的問題，英國物理學家奧利弗·海維賽德和美國科學家A.E.肯涅利曾進行了深入研究。他們通過無線電傳輸試驗，同時提出了地球上空存在著與地面曲率相同的能夠反射電磁波的層面，并且將其命名為K—H層?！　榇耍⑵疹D進行了驗證性的實驗。他設(shè)想，當緩慢變化的頻率達到某一確定值時，由高空電離層反射的電磁波就會受到地面波的干擾，使電磁波強度發(fā)生變化。他通過改變英國BBC廣播公司設(shè)在伯思默思的發(fā)射機的頻率，然后在劍橋大學記錄接收機所接收到的信號強度，以尋找沿地面直接傳播的波與從帶電粒子層反射回來的波發(fā)生干涉時信號的增強效應(yīng)。劍橋大學的接收機接收到的信號完全證實了他的設(shè)想。這樣，關(guān)于存在能反射電磁波的大氣電離層的假設(shè)便得到了驗證。阿普頓還通過對干涉波長的計算確定該反射層的高度約為100千米。經(jīng)過無數(shù)次的實驗，他終于在1927年發(fā)現(xiàn)：約在230千米處還存在一個反射能力更強的高空電離層（稱為“阿普頓層”）?！　嶒灥慕Y(jié)果證明，電離層存在的高度大約在60～1000千米以上的高處，由下向上可以分出D、E、F三個層次。阿普頓及其合作者還證明了天空的電磁波通常是橢圓偏振的，并且計算了這些電離層的反射系數(shù)及電子密度，以及它們每天和每個季度的變化情況。他的工作可以看成是科技上具有第一流意義的工作，因為這個發(fā)現(xiàn)不僅和無線電傳播問題有關(guān)，而且也是雷達發(fā)展的里程碑。E層高度的測量，實際上是采用無線電的第一次距離測量。這種測量技術(shù)跟英國物理學家、“雷達之父”沃森-瓦特爵士密切相關(guān)。他跟阿普頓在大氣研究方面有過合作，后來他們在專業(yè)上也有過許多接觸?！　“⑵疹D的工作為環(huán)球無線電通訊提供了重要的理論依據(jù)，從此無線電事業(yè)進入了一個新紀元。阿普頓還開辟了對電離層以及該層受太陽位置和日斑活動的影響的研究領(lǐng)域?！　≈R鏈接　　電離層：地球大氣的一個電離區(qū)域，高度范圍大約在60-1000千米以上。由于太陽紫外線、X射線和高能粒子等的作用，60千米以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)。磁層是完全電離的大氣區(qū)域，而電離層是部分電離的大氣區(qū)域。在電離層中，含有足夠多的自由電子，能顯著地影響無線電波的傳播。同時，這部分大氣相對稠密，沒有完全電離，帶電粒子和中性分子的碰撞頻繁，因而電子運動仍在很大程度上受這種碰撞的控制或影響。單從電離角度來看，也有人把整個電離的地球大氣叫做電離層，這樣就把磁層也看作是電離層的一部分?！　〉巧想y達之極——人類北極探險　　北極地區(qū)通常指北緯66度33分以北的北極圈區(qū)域，包括北冰洋的絕大部分水域、島嶼、歐洲、亞洲和北美洲的北方大陸，總面積2100萬平方千米，其中陸地面積約800萬平方千米。也有人從氣候上劃分北極地區(qū)：以最熱月份10度的等溫線（海洋為5度等溫線）作為北極地區(qū)的南界，則其總面積約2700萬平方千米，其中陸地面積約1 200萬平方千米。有時也有把全年內(nèi)北極氣團占優(yōu)勢的地區(qū)作為劃分北極地區(qū)的依據(jù)，這樣則不包括格陵蘭島南部和挪威海、格陵蘭海的南部，總面積為2300～2400萬平方千米。在北極考察史上，20世紀是極為重要的，人們先是征服了北極點，后來終于從科學上認識到北極對于人類社會的重要意義。　　在北極探險歷史上，最重要的無疑是對北極點的征服，20世紀科學的發(fā)展，終于使人類可以向這個目標邁進了。而美國海軍中校羅伯特-皮爾里，最終戰(zhàn)勝眾多競爭對手，成為征服北極點的第一人?！　∑柪锟偨Y(jié)了前人失敗的經(jīng)驗，他提出了兩點新的概念：一是北極的冬天并不可怕，正是探險的最好季節(jié)；二是愛斯基摩人的生活方式是在北極生存的最好方式。他決定以自己的實踐來證明，地球上的任何地方，人類都是可以到達的。　　當然，光有正確的觀點和堅強的決心還是遠遠不夠的，還必須要有強大的財政支持，于是皮爾里專門選了一艘叫“羅斯?！碧柕拇＿@艘特別設(shè)計的船可以通過史密斯海峽的冰層一直航行到埃爾斯米爾島的最北端。他在這里的哥倫比亞角建起了一個大本營，離北極點只有664.6千米。一切都準備就緒之后，皮爾里便從這里派出幾支先遣隊，將必需的物資和食品運送到指定地點，這樣就可以減輕主力部隊的負擔，以便保存體力。皮爾里不僅在居住方法、行進方式和衣服帽襪等方面都采用愛斯基摩人的辦法，而且還直接雇傭愛斯基摩人為他駕駛狗拉雪橇，并沿途建造冰房子。

編輯推薦

　　《在科學的入口處：30位地學科學家的貢獻》是一本地球科學科普讀物，緊緊抓住上個世紀地學發(fā)展的重大事件和最新成果，以通俗易懂的語言和生動活潑的表現(xiàn)形式，全面系統(tǒng)地闡述了人類在探索自然奧秘的征程中所取得的重大發(fā)現(xiàn)和重要進展，由此不僅能受到地學的啟迪，也會感受大自然的奧妙和親近大自然的樂趣。人們越是了解自己的家園——地球，也就越會愛惜和保護自己的家園。

圖書封面

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