溫度：一只控制萬(wàn)物的魔術(shù)手

周曉秋++陳華

看見(jiàn)“溫度”二字，也許很多人會(huì)覺(jué)得，這不就是衡量物體冷熱程度的一個(gè)物理量嗎？但當(dāng)你閱讀本文，獲知溫度不僅決定了地球生命的誕生與消亡，還是影響地球物質(zhì)循環(huán)運(yùn)行的推手，是大自然調(diào)節(jié)和控制地球生態(tài)的手段，是人類進(jìn)行創(chuàng)新的一個(gè)廣闊而重要的領(lǐng)域后，相信你會(huì)改變對(duì)溫度的淺顯看法，重新認(rèn)識(shí)溫度。

我們熟悉的溫度

生活中，人們對(duì)溫度有各種各樣的感性認(rèn)識(shí)。比如，人們知道冰塊寒冷、開(kāi)水滾燙。冬天用厚衣服包裹身體保持體溫，避免凍僵；盛夏酷暑躲進(jìn)空調(diào)大開(kāi)的冷飲店，讓皮膚享受陣陣?yán)滹L(fēng)，讓口舌感知冷飲的冰涼暢快。中國(guó)的廚師與主婦，還深知烹飪火候?qū)χ谱髅牢都央鹊淖饔谩?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/08/01/zsll201707zsll20170716-1-l.jpg" style="">

在生產(chǎn)過(guò)程中，養(yǎng)殖雞鴨的人都知道孵化溫度的重要性。哪怕只是低或高了1～2℃，都會(huì)嚴(yán)重影響幼雛的出殼率。鱷魚(yú)蛋在正常溫度下孵化時(shí)，孵出的雌雄數(shù)量各占一半；低1℃，全部孵化為雌性；高1℃，則全部孵化為雄性。在煉鋼過(guò)程中，必須讓熔爐溫度達(dá)到1535℃，才能將化合物狀態(tài)的固態(tài)鐵從鐵礦石中與雜質(zhì)分開(kāi)，變成液態(tài)的單質(zhì)鐵。

近20年來(lái)，全球都在熱議溫室效應(yīng)、氣候異常等與溫度有關(guān)的社會(huì)與自然問(wèn)題。盡管大家都知道溫度對(duì)人的生活和自然環(huán)境非常重要，但到底為什么重要，重要到什么程度，恐怕沒(méi)有多少人進(jìn)行過(guò)深入和廣泛的思考。下面，我們就一起對(duì)溫度做一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)吧！

溫度的本質(zhì)是什么

物理學(xué)中，溫度其實(shí)只是一種現(xiàn)象，其本質(zhì)是物體內(nèi)能高低的宏觀表現(xiàn)；或者說(shuō)，溫度是與能量相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。由于影響物體溫度高低的本質(zhì)原因是能量，而能量又是宇宙存在和變化的根本所在。所以，就人們所能感知的角度來(lái)看，溫度同樣也是影響地球物質(zhì)運(yùn)行的重要因素。從這個(gè)意義上說(shuō)，溫度是大自然進(jìn)行自我控制的一只神奇魔手。

溫度決定了地球生命的誕生與消亡

地球之所以能夠誕生生命，就在于它有一個(gè)適于液態(tài)水大量存在的適宜溫度。設(shè)想一下，如果地球自誕生至今仍是熾熱的星球，到處是熔融的巖漿，如同在太陽(yáng)炙烤下的水星一樣，那么水早就蒸發(fā)殆盡，完全不可能誕生以碳水化合物為主體的生命；反之，如果地球一直是寒若冰窟的星球，那么即便有水，凍結(jié)的固態(tài)水堅(jiān)如磐石，同樣也難以形成富有活力的生命，更不會(huì)有層次豐富、種類龐大的生物體系。

溫度是地球物質(zhì)循環(huán)運(yùn)行的推手

地球自然環(huán)境的變化盡管紛繁復(fù)雜，但透過(guò)表象，所有現(xiàn)象和變化都可歸結(jié)為巖石圈、水圈、氣圈和生物圈的“四圈運(yùn)動(dòng)”。如果將這四圈比喻為四顆美麗的寶石，那么，能量就好比是一根絲線，將這四顆分離的珠子串成了一串美麗且彼此關(guān)聯(lián)的項(xiàng)鏈。許多時(shí)候，人們是看不見(jiàn)和無(wú)法感知能量的，而溫度就是能量一個(gè)可以“看得見(jiàn)”和感知到的“身影”。

例如，巖石的演變循環(huán)過(guò)程。不論是火山爆發(fā)噴出的高溫熔巖，還是熔巖冷卻后形成的火成巖；或者是海洋底部的泥土在高溫高壓下重新演變成沉積巖，隨著地球板塊進(jìn)入到溫度更高的地幔重新變成熔融的巖漿，又再次隨著火山噴發(fā)來(lái)到地表形成新的火成巖。總之，在巖石圈的演變過(guò)程中，始終都伴隨著溫度的影響與變化。

又如，水的物態(tài)變化。海水在陽(yáng)光照耀下水溫升高，液態(tài)水大量蒸發(fā)成水蒸汽并上升；水蒸汽在空中遇冷，溫度下降凝結(jié)成水滴，大量水滴又以雨雪等形式降落到地面，最后重新回到大海。在氣溫降到0℃后，液態(tài)水開(kāi)始結(jié)冰成為固態(tài)水。有的冰聚集在高山上，成為冰帽和冰川；有的冰則聚集在寒冷的大陸或海洋，成為最厚超過(guò)4千米的南極冰帽，或最寬闊時(shí)綿延1000多萬(wàn)平方千米、厚度達(dá)4～5米的北極浮冰。每年隨著氣溫上升，固態(tài)水又開(kāi)始融化成液態(tài)水，從高山上的冰帽和冰川中流淌下來(lái)，成為河流源泉的一部分，并沿著地面上的河流或地下河回到大海。在水的一系列物態(tài)變化過(guò)程中，溫度是其身后隱藏的幕后推手。

再如，風(fēng)的形成。白天，地表（包括海面）在陽(yáng)光的照耀下，空氣受熱膨脹密度降低，在浮力作用下上升成為上升氣流；夜晚，因不受陽(yáng)光照射，以及高緯度地區(qū)所受陽(yáng)光照射較少，溫度低的冷空氣密度大，所受重力較大，故而冷空氣不斷下降，成為下降氣流。上升與下降氣流相互作用形成對(duì)流，從而產(chǎn)生風(fēng)。風(fēng)的流動(dòng)產(chǎn)生了信風(fēng)與季風(fēng)，并帶動(dòng)海水形成洋流，攜帶大量生物資源的洋流滋潤(rùn)著地球各地的海洋生物。季風(fēng)攜帶飽含水汽的潮濕空氣，為陸地和海洋送去大量雨水。在此過(guò)程中，同樣也有溫度的身影。

溫度讓地球生命豐富精彩

地球上不同緯度、不同海拔高度以及不同地貌的地方，其氣溫也各不相同。正是這些氣溫的差異，千百萬(wàn)年來(lái)造就了形態(tài)各異的無(wú)數(shù)物種。南極和北極寒冷的氣候，塑造了企鵝和北極熊的形態(tài)和生存習(xí)性；赤道溫暖的水域，鑄就了熱帶魚(yú)和珊瑚的美麗軀體與色彩。不同地域的氣溫，也形成了植物婀娜多姿的枝、葉、花和五彩繽紛的顏色。地球上小到看不見(jiàn)的微生物，大到數(shù)十噸的海洋巨無(wú)霸藍(lán)鯨，以及天上翱翔的鳥(niǎo)兒、叢林中狂奔的豹子等，各種各樣千奇百怪的生命，都與溫度密切相關(guān)。

溫度是大自然調(diào)控地球生態(tài)的手段

溫度以強(qiáng)大的力量調(diào)控著地球的自然環(huán)境。當(dāng)太平洋洋流水溫異常升高或降低時(shí)，便會(huì)帶來(lái)厄爾尼諾或拉尼娜現(xiàn)象，使全球氣象出現(xiàn)異常乃至災(zāi)害。有專家稱，如果全球年平均氣溫上升5℃，格陵蘭島上的冰蓋就會(huì)全部融化，全球海平面會(huì)上升7米，包括中國(guó)上海、廣州在內(nèi)的許多沿海城市都會(huì)被海水淹沒(méi)，人類文明會(huì)因劇烈的氣候變遷而開(kāi)始瓦解。溫度上升6℃后，兩極將不再有冰雪存在，95%的物種會(huì)滅絕，地球重回荒漠時(shí)代。反之，如果地球的年平均氣溫下降5℃，地球?qū)⒅胤当悠冢粺釒Ш蛠啛釒У臏囟葧?huì)降至與寒帶同溫，生態(tài)將遭到嚴(yán)重破壞，許多物種同樣難逃滅絕的厄運(yùn)。

溫度對(duì)大自然運(yùn)行及其生態(tài)環(huán)境起著重要的調(diào)控作用，所以人類對(duì)地球的氣溫變化切不可掉以輕心。

溫度是進(jìn)行創(chuàng)新的重要領(lǐng)域

如前所述，溫度對(duì)大自然和人們的生產(chǎn)、生活都有著巨大的影響，正因如此，溫度也是人們進(jìn)行科技創(chuàng)新、生產(chǎn)創(chuàng)新和生活方式創(chuàng)新的一個(gè)廣闊而重要的領(lǐng)域。

例如，科學(xué)家至今仍在探究的高溫超導(dǎo)材料，就是與溫度相關(guān)的一個(gè)典型的科技創(chuàng)新研究項(xiàng)目；金屬材料生產(chǎn)與加工中，如何把握淬火溫度，對(duì)金屬材料的性質(zhì)、運(yùn)用范圍乃至價(jià)格等多方面都有很大影響；養(yǎng)殖和種植業(yè)中，溫度對(duì)生物出生、生長(zhǎng)、繁殖等不同時(shí)期的不同影響，對(duì)生物的形體大小、性狀變化、習(xí)性改變、生長(zhǎng)規(guī)律等方面也會(huì)產(chǎn)生不一樣的結(jié)果；食品的運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、加工等環(huán)節(jié)中，不同的溫度會(huì)獲得不同的食品品質(zhì)，從而影響餐飲行業(yè)的發(fā)展和人的身體健康，等等。所以，在科學(xué)研究、生產(chǎn)過(guò)程和日常生活這些廣闊領(lǐng)域中，如能關(guān)注溫度這一問(wèn)題，或許你就會(huì)獲得前所未有的創(chuàng)新和發(fā)明。