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2020-01-15 00:35:34幻羽

【科學探索-沙漠被沙層覆蓋,那麼沙層下面隱藏著什麼呢?】

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     【科學探索-沙漠被沙層覆蓋,那麼沙層下面隱藏著什麼呢?

                   -新浪科技- 2020年01月14日

北京時間1月14日消息,據國外媒體報導,當人們提及“沙漠”概念時,多數人就會聯想到撒哈拉沙漠跌宕起伏的沙丘,不斷流動的沙丘盡收眼底。這是電影、電視節目和大眾文化所描述的沙漠概念,但事實並非如此。的確,世界上的沙漠存在大量沙子,但這引出一個問題:在金色沙丘地毯之下是什麼? 

事實上,地球上大多數的沙漠並不是由沙子覆蓋,而是由裸露的基岩和沙漠岩石覆蓋,這主要取決於周圍的地形、地質構造和氣候模式。 

沙漠構造 

按照正式的定義,沙漠的典型特徵是極度缺乏降水,降水量極少地區的主要原因是位於“山脈的反面”,要理解這一點,必須要考慮空氣和水汽遇到障礙物時的變化。例如:一個從西部方向吹來的氣流,被南北走向山脈阻擋,潮濕、溫暖的空氣會卷向山脈底部,形成逐漸上升形成雲層,當空氣上升時,就開始冷卻,以降水的形式釋放水分。 

當空氣移動到山脈頂部時,基本上沒有水分,除了形成幾片雲層之外,並不會形成太多降水,山脈東側被稱為“雨影區”,空氣會下沉和溫暖起來,但不會有任何水分形成。這情況通常會導致乾熱風,可能加劇數千年或者數百萬年的沙漠形成。 

這意味著一些沙漠並不位於山脈附近,而是山脈區域範圍內獨特氣候模式的結果,高壓系統下充滿了溫暖、沉重的空氣,在亞熱帶和半永久性高壓系統中,例如:撒哈拉地區,空氣不能上升、冷卻、形成雲層產生降水。此外,如果一個高壓系統非常強大穩定,會使低壓系統很難移動、產生氣候模式的變化,最終,該區域很少降雨,並且受到干燥風的衝擊,也沒有從冷鋒移動中受益。 

雖然大多數沙漠的特點是炎熱,但也有氣候寒冷的沙漠,例如:戈壁沙漠、整個南極洲、秘魯和智利北部的沿海沙漠,這些地區空氣寒冷,不能保持水分,可產生降水,雖然南極沙漠表面是冰雪,但是冰晶和乾燥風創造了類似的條件,白色風暴取代了傳統沙漠沙塵暴。 

在數百萬年的時間裡,這些特殊的氣候模式和地形因素導致土地上基本上沒有任何植被覆蓋,因為往往有很少的水維持生命存活,而且不斷變化的地形使植物根系很難紮根生長。這些沙漠地區也容易受到溫度變化的影響,因為它們很容易獲得和失去熱量,與城市、叢林和草原不同,沙漠中的沙子無法有效地保持熱量,因此儘管白天可能非常炎熱,但地面無法將熱量保持到夜晚,導致溫度劇烈波動,這是生命繁榮生長的另一個障礙。

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沙子從何而來? 

雖然我們在一定程度上反駁上沙漠完全被沙子覆蓋的觀點,但問題是沙子最初從何而來?正如之前所提及的,晝夜溫差急劇變化會對某地區岩石產生應力,從而使其發生開裂導致破碎。 

結合乾燥的陣風很容易造成侵蝕,在數千年時間裡就會形成大量的沙子,沙子基本上是按顆粒直徑大小分類的,位於沙漠底部的沙粒直徑更大、更重,是碎沙結構,位於沙漠表層的是細沙,沙粒直徑較小,類似於淤泥,可以被吹成沙丘,進而有助於對沙漠基岩的風蝕過程。 

實際上,沙子是一種具有較強磨蝕性的物質,隨著風將細沙吹到岩石上,一些獨特結構的基岩和裸露岩石會遭受沙子風蝕塑形,沙海是處於不斷變化的地貌,被風塑造成各種可識別的形狀和結構,它們可以在幾年時間裡起伏變化。 

總而言之,沙漠並非完全是由沙子構成,其中還包括:沙子為主的沙漠、卵石為主的沙漠、岩石沙漠,每種類型的沙漠都有獨特的侵蝕模式和氣候特徵。一些沙漠的特徵是沙子和沙丘,而一些沙漠地區是一片貧瘠荒蕪。 

沙層下面是什麼? 

既然人們已知道沙子從何而來,以及沙漠是如何形成的,那麼人們可能會猜出沙層之下是什麼了。大約80%的沙漠並沒有被沙子覆蓋,而是露出了下面的裸露土地——乾涸生態系統的基岩和開裂粘土,沒有任何土壤覆蓋,也沒有植被保持土壤的區域,沙漠岩石處於完全裸露狀態,飽受風沙侵蝕。 

沙漠並一定是平坦的,山丘和岩層要么被風化成沙漠底層的平地,要么被侵蝕成殘留的石塊,沙漠表層岩石的類型、顏色和硬度取決於該地區的地質特徵。此外,隨著沙漠不斷“成長”,沙層並非向外逐漸擴張,而是沙漠邊緣的生態系統逐漸沙漠化,原有土壤被風沙吹走,植被減少無法固定土壤,水分大量流失,地質結構遭受風沙侵蝕。

沙漠,亦作砂漠,全稱沙質荒漠(英語:Erg),是地球乾燥氣候影響下所產生的地貌,約占地球陸地整體面積的21%。沙漠地區一般年平均降雨量低於250毫米,被沙質土壤所覆蓋,植被稀疏。它因地表徑流稀少,在明顯的風力作用下擁有獨特的地勢。因沙漠荒涼無生命,也有「荒沙」之稱。

只有20%的沙漠上有沙粒,大多沙都在沙殼或沙海里,成為一片固定的波浪。大約一半的沙漠上的細沙已經被吹走,只剩下大小石子和戈壁。 

綠洲是沙漠中有植物的地區,一般有清泉,水井或灌溉,是沙漠中唯一有常住居民的地方。大多綠洲是人造的。 

乾燥地區的泥土有很多礦物質,很少有機肥料。重覆的水儲積把有的土壤變成鹽性層。鹽溶液里沉澱的碳酸鈣可以把沙粒和石子沾成50米厚的「水泥」。 

硝石層是沙漠土壤常見的紅棕色到白色層。硝石層一般成塊,或者裹在礦物顆粒外面,是由水和二氧化碳之間複雜的互作用中形成的。二氧化碳來自植物根部,或者有機品腐爛的副產品。 

多數沙漠植物是抗旱或抗鹽的植物。有些在根,莖,葉里存水;有些具有龐大的根莖系統,可以達到地下水層,攔住土壤,防止水土流失;有些有較大的莖葉,可以減低風速,保存沙土;有些仙人掌的根是廣而淺,以大範圍地吸收水分。 

沙漠上的植物分布比較稀薄,但是有很多品種。美國西南部的沙漠裡的柱仙人掌可以活200年,長到15米,10噸,成為沙漠裡的樹木。柱仙人掌成長很慢,9年之後才有15厘米,75年才分第一個枝。因為身軀龐大,看起來好像沙漠裡有很多仙人掌。其實豌豆類和向日葵類植物也可以在乾燥酷熱地域生存。梭梭也是沙漠中獨特的灌木植物,平均高達2-3m,有的高達5m,被稱為「沙漠植物之王」壽命也可達百年以上。春季冰冷的沙漠裡一般長草或灌木叢。 

水源

沙漠裡偶爾也會下雨,下起來常常是暴風雨。撒哈拉沙漠曾經有過在3個小時內降水44毫米的記錄。這種時候,平常乾的河道會很快充滿水,容易發生洪水。阿拉伯海西側、澳洲西北側、加利福尼亞半島等沙漠更有熱帶氣旋侵襲。

雖然沙漠內部少下雨,沙漠常從附近高山流出的河流進水。這些河流一般帶著很多土,在沙漠裡流了一兩天的距離就乾了。世界上只有幾條大河流通沙漠,如埃及的尼羅河,中國的黃河,和美國的科羅拉多河。

如果水足夠,沙漠裡會形成季節湖,一般較淺較鹹。因為湖底很平,風會把湖吹到好幾十平方公里。小湖乾了之後會留下一個鹽灘。在美國有上百個這樣的鹽灘,大多是12000年前冰河時期的大湖的遺物,其中最著名的是猶他州的大鹽湖。平平的鹽灘是賽車,飛機跑道和宇航器降落的好地方。

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礦物儲藏

有些礦物在乾燥區域形成。地面的水溶解礦物質,然後把它集中在地下水面附近,成為容易開發的儲藏。 

鹽灘上有很多水蒸發之後留在表面的礦物質,如石膏,鹽(包括鈉硝酸鹽和氯化鈉,和硼酸鹽。從硼砂和其它硼酸鹽煉出來的硼,是玻璃、陶瓷、搪瓷、農業化學製品,軟水劑和西藥的一種基本成分。 

1.在美國加利福尼亞州南部塞爾斯湖(Searles Lake)出產的礦物價值10億多美元。

2.南美的阿塔卡馬沙漠出產很多鈉硝酸鹽,19世紀就開採,用於炸藥和肥料。第二次世界大戰時期出產了3百多萬噸。

3.美國,智利,秘魯和伊朗出產銅。

4.澳大利亞出產鐵,鉛,鋅礦石。

5.土耳其出產鉻鐵礦 澳洲和美國有金,銀,和鈾儲蓄。

6.非金屬物質鈹,雲母,鋰,黏土,輕石,和金屬渣也出現在乾燥地區。

世界上最大的石油儲藏大多在沙漠地帶,但是這些儲藏並非因為乾燥氣候而成。在這些地區成為沙漠之前,它們是淺海,石油為海底植物形成。

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大多數地質學家認為石油像煤和天然氣一樣,是古代有機物通過漫長的壓縮和加熱後逐漸形成的。按照這個理論石油是由史前生物和藻類的屍體變化形成的。(陸上的植物則一般形成煤。)經過漫長的地質年代這些有機物與淤泥混合,被埋在厚厚的沉積岩下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉化,首先形成臘狀的油頁岩,後來退化成液態和氣態的碳氫化合物。由於這些碳氫化合物比附近的岩石輕,它們向上滲透到附近的岩層中,直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則中空的岩層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。通過鑽井和泵取人們可以從富集的油田中獲得石油。 

地質學家將石油形成的溫度範圍稱為「油窗」。溫度太低石油無法形成,溫度太高則會形成天然氣。雖然石油形成的深度在世界各地不同,但是「典型」的深度為四至六千米。由於石油形成後還會滲透到其它岩層中去,因此實際的油田可能要淺得多。因此形成油田需要三個條件:豐富的源岩,滲透通道和一個可以聚集石油的岩層構造。

石油也稱原油,是一種黏稠的、深褐色(有時有點綠色的)液體。地殼上層部分地區有石油儲存。它由不同的碳氫化合物混合組成,其主要組成成分是烷烴,此外石油中還含硫、氧、氮、磷、釩等元素。不過不同油田的石油成分和外貌可以有很大的區分。石油主要被用來作為燃油和汽油,燃料油和汽油組成目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是許多化學工業產品如溶液、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料。今天88%開採的石油被用作燃料,其它的12%作為化工業的原料。由於石油是一種不可再生能源,許多人擔心石油用盡會對人類帶來嚴重的後果。石油因其價值高昂,又被稱為黑金。 

在中東地區波斯灣一帶的沙烏地阿拉伯、伊拉克、伊朗、科威特、阿聯、卡達有豐富的儲藏,而在俄羅斯、委內瑞拉、加拿大、利比亞、奈及利亞、美國、墨西哥、哈薩克、中國等地也有很大量的儲藏。委內瑞拉擁有世界最高的石油儲量。  石油的常用衡量單位「桶」為一個容量單位,即42美制加侖(160公升)。因為各地出產的石油的密度不盡相同,所以一桶石油的重量也不盡相同。一般地,一噸石油大約有7.3桶(1,160公升)。

古代波斯的石板紀錄似乎說明波斯上層社會使用石油作為藥物和照明。

762年新建的巴格達的街道上鋪有從當地附近的自然露天油礦獲得的瀝青。9世紀亞塞拜然巴庫的油田用來生產輕石油。10世紀地理學家阿布·哈桑·阿里·麥斯歐迪和13世紀馬可·波羅曾描述過巴庫的油田。他們說這些油田每日可以開採數百船石油。 

現代石油歷史始於1846年,當時生活在加拿大大西洋省區的亞布拉罕·季斯納發明了從煤中提取煤油的方法。1852年波蘭人人伊格納齊·武卡謝維奇發明了使用更易獲得的石油提取煤油的方法。次年波蘭南部克洛斯諾附近開闢了第一座現代的油礦。這些發明很快就在全世界普及開來了。1846年在巴庫建立了第一座現代化開採的石油油井,1861年建立了世界上第一座煉油廠。當時巴庫出產世界上90%的石油。後來史達林格勒戰役就是為奪取巴庫油田而展開的。 

19世紀石油工業的發展緩慢,提煉的石油主要是用來作為油燈的燃料。20世紀初隨著內燃機的發明情況驟變,至今為止石油是最重要的內燃機燃料。尤其1859年8月27日愛德溫·德瑞克在賓州德瑞克油井挖到石油,引發美國第一次石油繁榮,在德克薩斯州、俄克拉何馬州和加利福尼亞州的油田發現導致「淘金熱」一般的形勢。 

到1910年為止,在加拿大(尤其是在艾伯塔)、荷屬東印度、伊朗、秘魯、委內瑞拉和墨西哥發現了新的油田。這些油田全部被工業化開發。 

直到1950年代中為止,煤依然是世界上最重要的燃料,但石油的消耗量增長迅速。1973年能源危機和1979年能源危機爆發後媒體開始注重對石油供應水平進行報導。這也使人們意識到石油是一種有限的原料,最後會耗盡,至少作為一種經濟能源。不過至今為止所有預言石油即將用盡的試圖都沒有實現,所以也有人對這個討論表示不以為然。石油的未來至今還無定論。2004年一份《今日美國》的新聞報導說地下的石油還夠用40年。有些人認為,由於石油的總量是有限的,因此1970年代預言的耗盡今天雖然沒有發生,但是這不過是被遲緩而已。也有人認為隨著技術的發展人類總是能夠找到足夠的便宜的碳氫化合物的來源的。地球上還有大量焦油砂、瀝青和油母頁岩等石油儲藏,它們足以提供未來的石油來源。目前已經發現的加拿大的焦油砂和美國的油母頁岩就含有相當於所有目前已知的油田的石油。 

今天90%的運輸能量是依靠石油獲得的。石油運輸方便、能量密度高,因此是最重要的運輸驅動能源。此外它是許多工業化學產品的原料,因此它是目前世界上最重要的商品之一。在許多軍事衝突(包括第二次世界大戰和波斯灣戰爭)中占據石油來源是一個重要因素。 

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中東首次發現石油,是在1908年的伊朗,而今天約80%可以開採的石油儲藏位於該地區,其中62.5%位於沙烏地阿拉伯(12.5%,1938年3月3日發現石油)、伊拉克、科威特、阿拉伯聯合大公國和卡達。

在過去數十年中開採石油以及其副作用為一些開發中國家的經濟、社會和環境導致了巨大的問題。在有些地區土著居民被驅逐,在分配石油帶來的財富上也可能有些地區造成巨大的衝突。外部的干涉和對衝突某一方的支持則導致更多的暴力。比如在阿爾及利亞平均每周就有約500次暴力衝突。 

開採石油是非常昂貴的,也可能對環境帶來破壞。海上探油和開採會打擾海洋環境。尤其以清理海底的挖掘工作破壞環境最大。油輪事故後泄漏的原油或提煉過的油在阿拉斯加、加拉帕戈斯群島、西班牙和許多其它地區脆弱的海岸生態系統造成嚴重的破壞。 

石油燃燒時向大氣層釋放二氧化碳,導致全球暖化。每能量單位石油釋放的二氧化碳低於煤,但是高於天然氣。但是作為交通用燃料要減少焚油導致的二氧化碳的釋放尤其棘手。一般只有大的發電廠才能夠裝配吸收二氧化碳的裝置,單個車輛無法裝配這樣的裝置。 

雖然現在也有可再生能源作為選擇,但是可再生能源能夠取代多少石油以及可再生能源本身可能導致的環境破壞還不肯定和有爭議。陽光、風、地熱和其它可再生能源無法取代石油作為高能量密度的運輸能源。要取代石油這些可再生能源必須轉換為電(以蓄電池的形式)或者氫(通過燃料電池或內燃)來驅動運輸工具。另一個方案是使用生物質能產生的液體燃料(乙醇、生物柴油)來驅動運輸工具,但是目前的技術還無法讓生質燃料夠環保。總而言之要取代石油作為主要運輸能源是一件非常不容易的事情。

石油工業一般使用原油的出產地來區分不同的原油,此外比重、黏度來區分不同的原油。對於煉油廠來說原油含硫的量是一個重要的因素。含硫多的原油要達到今天的燃料標準,煉油成本比較大。高硫原油主要產自中東地區,包括沙烏地阿拉伯、伊拉克、科威特和伊朗;低硫原油則主要產自俄羅斯、阿爾及利亞、奈及利亞以及亞太地區(澳洲、中國、印度、印尼等)和北海地區(挪威和英國)。

石油輸出國組織試圖通過提高或減少產量來使得油價保持在一個上限和一個下限之間。因此它的標價對市場分析非常重要。而且它的標價包括輕油和重油,因此比北海布倫特原油和西德州輕質原油要重要。

目前石油是現代工業社會最重要的原料。絕大多數運輸工具使用石油及其衍生品驅動,此外石油還被用來發電,它也是化學工業重要的原材料。諸多國家有戰備儲油制度。