 |
■ 新聞緣起
據(jù)日本NHK電視臺3月14日消息，日本氣象廳觀測，14日下午6時44分(北京時間下午5點44分)，日本三陸地區(qū)發(fā)生的6.8級地震引發(fā)的第一波海嘯達(dá)到北海道地區(qū)，據(jù)觀測此次海嘯高度約為20厘米。隨后6點52分，氣象廳再次觀測到10厘米海嘯。據(jù)報道，此次地震震中在日本北海道釧路、青森縣和巖手縣的太平洋沿岸地區(qū)。該地區(qū)正是一年前發(fā)生3.11大地震的三路近海地區(qū)。
伴隨日本地震而來的依然是海嘯。
瞬間，閃電、火山噴發(fā)、地震以及颶風(fēng)等自然現(xiàn)象一起浮現(xiàn)。那一幅幅令人震撼的場景彰顯出大自然驚人而可怕的力量。但，你知道它們的威力到底有多大？科技能否將這些大自然的力量化破壞為神奇呢？
——海嘯——
海嘯在1000秒蘊含的能量相當(dāng)于690萬桶原油
2011年3月11日，巨大的水墻推進(jìn)到日本巖手縣東北地區(qū)的宮古。在距離日本仙臺這座城市東部大約80英里(129公里)處發(fā)生的大地震引發(fā)的巨型海嘯，徹底摧毀了這個島國東部沿海的很多城市。
據(jù)地質(zhì)流體動力學(xué)專家、伊利諾斯大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家蘇珊-基弗兒說，這場海嘯釋放的能量事實上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了1945年轟炸廣島和長崎的原子彈的破壞力。這次海嘯蘊含的能量可能也超過了一兆噸黃色炸藥發(fā)生爆炸釋放的能量，大約相當(dāng)于兩顆轟炸日本的原子彈的總能量的28倍。不過基弗兒稱，也許它的破壞性更加強大，可能是10兆噸或者相當(dāng)于兩顆原子彈釋放能量的280倍。這種差異主要取決于海嘯持續(xù)的時間長短，據(jù)她估計，海嘯持續(xù)的時間在100秒到1000秒之間。
在最上限時，海嘯蘊含的能量相當(dāng)于690萬桶原油，或者相當(dāng)于日本每天消耗的總石油的50%。這種評估結(jié)果還考慮了波浪的速度，據(jù)基弗兒估計，海浪的速度大約是每秒220米，30分鐘抵達(dá)海岸線。她利用海浪估計開闊海域的浪高是7米，并估計波浪的長度大約是800英里(1300公里)，或者相當(dāng)于本州島海岸線長度的一半。
——地震——
日本3.11大地震產(chǎn)生的能量可滿足全球4天的用油需求
2011年3月14日，日本北部巖手縣的野田村，身穿橙色制服的救援人員正在廢墟中尋找遇難者遺體。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的科學(xué)家估計，為了引發(fā)足以摧毀巖手縣以及日本東岸的海嘯，3天前發(fā)生在太平洋東北部的地震至少需要產(chǎn)生相當(dāng)于475兆噸TNT的能量。這一能量相當(dāng)于3.26億桶原油，可滿足全球4天的用油需求。
借助于儀器，科學(xué)家只對少數(shù)自然現(xiàn)象釋放的能量進(jìn)行測量，其中就包括地震。地震儀獲取的數(shù)據(jù)能夠幫助科學(xué)家評估地震釋放的能量——可怕的能量撕裂地表，同時撼動附近和遠(yuǎn)處的建筑。不過，儀器并不能描繪出完整的地震能量圖像，部分能量通過摩擦產(chǎn)生的熱量的方式消散。日本2011年發(fā)生的地震震級達(dá)到9級，是日本發(fā)生的最嚴(yán)重的地震之一，同時也是有史以來進(jìn)行測量的最大地震之一。
——巨浪——
太平洋波浪每年蘊含的能量約美國年電流需求量的1/3
美國電力研究所的一項分析發(fā)現(xiàn)，不斷沖擊阿拉斯加州太平洋海岸大陸架的波浪每年蘊含1360太瓦時能量。這相當(dāng)于日本每年的電流總產(chǎn)量的40%，大約相當(dāng)于美國電流需求量的三分之一。
阿拉斯加州的太平洋海岸線擁有的可利用波能比美國所有其他海岸線的總和更多。這是因為它是美國最大的海岸線，從阿留申群島一直延伸到威爾士王子島及其狹長地帶。但是除此以外阿拉斯加近海還能獲得能量，因為這片海域被海洋學(xué)家稱之為“浪區(qū)”，海風(fēng)在開闊水域形成的波浪不斷拍擊這個美國最后邊疆。
當(dāng)然，要想捕獲所有能量并非易事。獨立的非營利組織美國電力研究所根據(jù)當(dāng)前的設(shè)計學(xué)狀況，分析了從技術(shù)上來說能夠捕獲多少能量。他們通過漂浮或者浮標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行的這項研究工作，利用大洋涌浪的升、降驅(qū)動液壓泵。如果波浪太過劇烈，或者是太微弱，這些裝置就將無法工作，而且它們需要被布置在最合理的位置。
但是美國電力研究所的水力項目經(jīng)理保羅-雅各布森指出，從技術(shù)上來說能夠捕獲的能量并不一定就是“實際”可捕獲能量。很多地區(qū)可能都是未來波浪能項目禁止入內(nèi)的區(qū)域，這是因為它們不是海洋航路、漁區(qū)，就是因為環(huán)境非常脆弱，或者該海域的海洋生命會被波浪能收集裝置抑或它們的系泊處摧毀。如何淹沒和安裝輸電線，把從海洋收集到的能量輸送出去，為人所用的問題也很重要。
——火山——
木衛(wèi)一 “ 伊奧”火山釋放的熱量相當(dāng)美國所有發(fā)電站的78倍
2010年4月16日，冰島南部的埃亞菲亞德拉冰蓋火山正在噴發(fā)，噴涌而出的火山灰云遮住了天空?；鹕絿姲l(fā)標(biāo)志著地球內(nèi)部的熱量逃逸。地?zé)崮芤矔曰鹕絿姲l(fā)的方式從地表冒出，但沒有人知道如何安全利用這種形式的地?zé)崮堋?/p>
美國宇航局位于加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實驗室的火山學(xué)家阿什利-戴維斯表示，2010年3月，埃亞菲亞德拉冰蓋火山最初兩次噴發(fā)產(chǎn)生的熱輻射迅速飆升到10億瓦特，而后又提升到60億瓦特這一峰值。
實際上，60億瓦特只占埃亞菲亞德拉冰蓋火山2010年釋放的總熱量很小的一部分，并不涵蓋伴隨火山噴發(fā)出現(xiàn)的地震和爆炸釋放的機械能或者所噴出的溶巖的熱量。戴維斯指出，與其他一些星球上的火山相比，地球上的火山只能是小巫見大巫。以木衛(wèi)一“伊奧”上的一座火山為例，這座火山于2001年噴發(fā)，所釋放的熱量達(dá)到驚人的78太瓦，是美國所有發(fā)電站裝機容量的78倍。其一小時內(nèi)釋放的能量相當(dāng)于大約4600萬桶原油，達(dá)到全球每天總消耗量的一半左右。
目前，地?zé)岢蔀橐环N越發(fā)受人關(guān)注的能源。在冰島，幾乎所有建筑和熱水設(shè)施都利用地?zé)崮?，地?zé)崮艿陌l(fā)電量在冰島總發(fā)電量中的比重達(dá)到大約1/3。
——閃電——
閃電的電量足以滿足普通家庭9天到1個月的用電需求
閃電是我們最熟悉的大自然“力量秀”。據(jù)估計，地球每秒鐘被閃電擊中的次數(shù)達(dá)到45次。美國國家海洋與大氣管理局的閃電專家堂-麥克格曼表示，閃電是一種大氣放電現(xiàn)象，所釋放的能量在100兆焦到3萬兆焦之間，通常在1000兆焦到5000兆焦之間。
在科幻影片《回到未來》中，埃米特-布朗博士利用閃電驅(qū)動他發(fā)明的時間旅行汽車，將主人公送到過去。在現(xiàn)實世界，閃電雖無法幫助我們實現(xiàn)時間旅行的夢想，但所產(chǎn)生的能量足以讓一輛美國普通乘用車行駛大約180到910英里(約合290到1450公里)，相當(dāng)于8到38加侖(約合30到144公升)汽油產(chǎn)生的能量。
影片中，布朗博士稱閃電的電量足以滿足普通美國家庭大約9天到1個月的用電需求。閃電能量范圍如此之大的原因在于其自身的復(fù)雜性。閃電最初在云層中形成，而后通過一個通道襲擊地面，與地面接觸時發(fā)生閃電回?fù)簦擞侩娏餮赝ǖ婪祷?。在此過程中，絕大多數(shù)能量被轉(zhuǎn)移到地面。人眼看到的一道閃電實際上由多道閃電構(gòu)成，足以持續(xù)近半秒鐘。如果每道閃電間的縫隙足夠大，閃電會出現(xiàn)閃爍。
