跳到内容

第 1 卷:热 热的工作原理

环顾四周,展望前路。

叙述:
  • Devika Bakshi
阅读时间:3分钟

我们所做的一切都以全新世气候为前提,包括人类文明的最基本的基础设施。  

举个例子,一条黎明前的公路。 这是条柏油路,铺路的材料是一种混合了沙、石和沥青的混合物,沥青来自石油或煤炭提炼后的残渣,质地粘稠,在其中起粘合作用。 这条路是五年前建成的,路面仍然平整,颜色也比较黑。 

如果你能看到路的内部,你会发现它是由分子组成的,这些分子在振动。 拍油路的温度正是这些振动的平均速度的表示。 经过了一个黑夜,路面和路面上方空气的温度是相同的

柏油路面细节

太阳即将升起。 当阳光照射到这条路时,会发生什么?

阳光给地球带来光明和辐射热量。 它穿过地球的大气层,并在途中失去一部分能量。 在多云的日子里,大量的阳光会被白云反射到太空,但今天天气晴朗,阳光直接照到了路上。 

因为路是深色的,它吸收了几乎所有的光线。 阳光猛烈撞击路面分子,加速了它们的运动。 路很快变得比周围的空气更热。

随着时间的推移,路和附近的泥土、植物、动物和建筑物在太阳的能量下继续升温。 热会从较热的物体流向较冷的物体。 这些物体表面的热量在加热周围空气的同时,也向天空发出了辐射。 

这种来自表面的辐射与太阳光的光谱不同,因此不会流向太空,大部分的地球热量会被大气层捕获,就像大衣或毯子会捕获从你身体散发出的热量一样。 与过去相比,进入大气层的能量不变,但逸出的能量更少了。  

在大气分子中,辐射捕获能力最强的是水蒸气(H2O)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)和二氧化碳(CO2)。 这一天很潮湿,空气中充满了水蒸气,因此保留了大量来自地表的热量。 此外,大气中的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮含量和五年前刚修路时相比升高了,与当地制定道路建设标准时相比更是高得多。 这可能会对这条路造成问题。

城市楼房外挂的空调机

沥青能使柏油路表面平整,一部分是因为沥青实际上不是固体。 即使在低温下,它也会保持粘性状态,也就是几乎不流动的液体,但它还有一点延展性甚至是弹性。 在像沥青这样的液体中,分子不是固定不动的,它们有更多的运动空间。 随着道路继续吸收阳光的能量,路面面分子移动得越来越剧烈。 

曾经稳固的半固体沥青变得质地更稀疏、更有延展性、更像液体。 现在,当汽车和卡车在拍油路上行驶时,道路会出现裂缝、挤压和沟纹。 这一天的温度继续升高,打破了记录。 随着温度的上升,道路变质,变得更软、更黏糊、更易变形。 在设计这条路时,没有考虑到这些条件。

极端的热度所带来的,不仅仅是对道路的考验。 附近的建筑物在建造时,所采用的设计、材料和系统能够承受某个特定范围的天气条件,而今天的高温超出了这个范围。 

如果温度超出了设计范围,相关系统会提高运行功率,建筑材料也会面临压力,问题随之产生。 与此类似,所有的生命形式,包括人,都面临着新的甚至是生死攸关的挑战。 这里的生物是在一个相对凉爽、稳定的气候下进化的。 在一个温度大大升高的未来,它们该何去何从?