[多圖]自然災難震撼照片 | 陽光歷史

 

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[多圖]自然災難震撼照片

2015年11月08日 神奇地球-長篇 暫無評論 閱讀 138 次

這組照片展示了閃電、火山噴發、地震以及颶風等自然現象。一幅幅令人震撼的照片彰顯出大自然驚人而可怕的力量。

  1.閃電


閃電
閃電

  美國猶他州峽谷地國家公園,壯觀的閃電弧在空中舞動。閃電是我們最熟悉的大自然「力量秀」。據估計,地球每秒鐘被閃電擊中的次數達到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動他發明的時間旅行汽車,將主人公送到過去。在現實世界,閃電雖無法幫助我們實現時間旅行的夢想,但所產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),相當於8到38加侖(約合30到144公升)汽油產生的能量。


  影片中,布朗博士稱閃電的電量可達到「1.21 jigawatt」,實際上應該在280到1390千瓦時之間,足以滿足普通美國家庭大約9天到1個月的用電需求。閃電能量範圍如此之大的原因在於其自身的複雜性。閃電最初在雲層中形成,而後通過一個通道襲擊地面,與地面接觸時發生閃電回擊,浪湧電流沿通道返回。在此過程中,絕大多數能量被轉移到地面。人眼看到的一道閃電實際上由多道閃電構成,足以持續近半秒鐘。如果每道閃電間的縫隙足夠大,閃電會出現閃爍。


  雖然較為短暫,但閃電的電壓強度極高,可迅速將空氣加熱到接近5萬華氏度(約合3萬攝氏度)。相比之下,太陽的表面溫度在大約1萬華氏度(約合5500攝氏度)左右。溫度升高的氣體快速膨脹,形成衝擊波,也就是我們聽到的雷聲。


  雖然被閃電擊中具有致命性,但與足以夷平整座城市和摧毀海岸線的其他自然災害相比,閃電的能量顯得微不足道。2011年3月11日,日本東北部發生9級大地震並引發海嘯,是大自然展示力量的一個令人恐怖的例子。目前,科學家正想辦法測量火山、野火、颶風以及海嘯的能量。與這些自然災害相比,人類利用的地熱能、風能和太陽能簡直不值一提,只是大自然能量中極少的一部分。


  2.颶風


颶風
颶風

  2005年8月29日,美國路易斯安那州肯納,一家飯館的屋頂被卡特裡娜颶風掀開並吹到半空。我們可以將颶風理解為一個發動機,收集溫暖濕潤的熱帶海域的能量,而後以旋風的方式釋放這些能量,能夠造成驚人的破壞。


  在2005年8月登陸路易斯安那州前大約17個小時,卡特裡娜颶風達到峰值,強風從中央延伸的距離達到105英里(約合169公里),速度達到每小時175英里(約合每小時282公里)。根據麻省理工學院大氣學教授克裡-伊曼紐爾的計算,卡特裡娜颶風產生的能量大約相當於20萬億瓦電量,是路易斯安那州所有發電站夏季用電高峰時總發電量的近1000倍,後者為2.6萬兆瓦。


  計算颶風能量不僅僅是一種學術研究。目前,美國聯邦政府的科學家正在研發一個新的評級系統,進一步測量颶風的破壞力。這個新系統將對颶風的動能進行更廣泛的測量。新評級系統的支持者表示,這一系統能夠進一步預測風暴潮。風暴潮是指颶風導致的水位暴漲,襲擊沿岸地區。發生颶風災難時,風暴潮造成的死亡人數最多。以卡特裡娜颶風為例,風暴潮共奪去了近1000人的生命。


  3.火山噴發


火山噴發
火山噴發

  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,噴湧而出的火山灰雲遮住了天空。火山噴發標誌著地球內部的熱量逃逸。目前,地熱成為一種越發受人關注的能源。在冰島,幾乎所有建築和熱水設施都利用地熱能,地熱能的發電量在冰島總發電量中的比重達到大約三分之一。


  地熱能也會以火山噴發的方式從地表冒出,但沒有人知道如何安全利用這種形式的地熱能。美國宇航局位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室的火山學家阿什利-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產生的熱輻射迅速飆升到10億瓦特,而後又提升到60億瓦特這一峰值。10億瓦特相當於一座大型發電站的裝機容量,例如美國的哈德遜河發電站。這座發電站利用煤炭、天然氣和石油發電,可滿足75萬戶家庭的用電需求。60億瓦特超過除大古力水電站以外任何一座美國發電站的裝機容量。


  實際上,60億瓦特只佔埃亞菲亞德拉冰蓋火山2010年釋放的總熱量很小的一部分,並不涵蓋伴隨火山噴發出現的地震和爆炸釋放的機械能或者所噴出的熔岩的熱量。借助於衛星圖像,美國宇航局對這座火山釋放的熱量進行了測算。此外,這種方式也用於觀測太陽系其他星球上的火山。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。以木衛一「伊奧」上的一座火山為例,這座火山於2001年噴發,所釋放的熱量達到驚人的78太瓦,是美國所有發電站裝機容量的78倍。其一小時內釋放的能量相當於大約4600萬桶原油,達到全球每天總消耗量的一半左右。


  2010年4月,冰島埃亞菲亞德拉冰蓋火山上演了規模更大的噴發,此次噴發在冰蓋下方發生,所產生的能量在很大程度上躲避了宇航局衛星的觀測。不過,衛星觀測到的輻射能仍達到60兆瓦。一小時內觀測到的能量釋放相當於1648加侖(約合6238公升)汽油,可讓一輛每年行駛1萬英里(約合1.6萬公里)的美國普通汽車使用4年。戴維斯表示,此次噴發中,熔岩與冰結合成形成蒸汽雲和火山灰雲,導致歐洲很多航班停飛。他說:「羽狀火山灰雲吞噬了歐洲。」

 4.地震
地震
地震

  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。據美國地質調查局的科學家估計,為了引發足以摧毀巖手縣以及日本東岸的海嘯,3天前發生在太平洋東北部的地震至少需要產生相當於475兆噸TNT的能量。這一能量相當於3.26億桶原油,可滿足全球4天的用油需求。


  借助於儀器,科學家只對少數自然現象釋放的能量進行測量,其中就包括地震。地震儀獲取的數據能夠幫助科學家評估地震釋放的能量——可怕的能量撕裂地表,同時撼動附近和遠處的建築。不過,儀器並不能描繪出完整的地震能量圖像,部分能量通過摩擦產生的熱量的方式消散。日本2011年發生的地震震級達到9級,是日本發生的最嚴重的地震之一,同時也是有史以來進行測量的最大地震之一。


  5.龍捲風的力量


龍捲風的力量
龍捲風的力量

  一名男子正在美國伊利諾斯州哈里斯堡查看已故岳母的住宅廢墟。這座被毀的住宅遭受了龍捲風襲擊,這是上周從美國中西部和南部地區經過的幾十場龍捲風中的一場。這場龍捲風導致5個州至少39人喪生。速度高達每小時180英里(290公里)的這場龍捲風直徑大約275碼(250米),在哈德斯堡著陸時強度是4級,籐田級數的強度一共5級。總部設在俄克拉荷馬州紐曼美國國家海洋和大氣管理局暴風雨預測中心的名譽退休主管約瑟夫-謝爾費博士稱,它包含的能量相當於16萬千瓦時。這是美國5000戶普通家庭一天消耗的電量。


  龍捲風能夠產生更具破壞性的能量。2011年5月22日那場摧毀密蘇里州喬普林的異乎尋常的5級龍捲風,可能風速高達每小時200英里(320公里)。謝爾費表示,據估計它蘊含的能量可能是襲擊哈里斯堡的那場龍捲風的2倍。龍捲風的強度與它的直徑有關。暴風雨預測中心的格雷格-卡爾斌說,過去20年間發生的龍捲風,其平均直徑只有100碼(91米)。其中一個例子是1999年在德克薩斯州坦比科郊外著陸的一場龍捲風。這場龍捲風未造成任何傷亡,也未造成經濟損失。與之相比,典型龍捲風的直徑通常有300英里(483公里)。


  6.巨型海嘯


巨猛的海嘯
巨型海嘯

  2011年3月11日,巨大的水牆推進到日本巖手縣東北地區的宮古。在距離日本仙台這座城市東部大約80英里(129公里)處發生的大地震引發的巨型海嘯,徹底摧毀了這個島國東部沿海的很多城市。二戰結束時在日本上空爆炸的原子彈的破壞性根本無法與之相比,尤其是海嘯引發的大洪水摧毀了日本福島第一核電站的備用製冷系統,引發級別僅次於1986年烏克蘭發生的切爾諾貝利核事故的核危機。


  據地質流體動力學專家、伊利諾斯大學的地質學家蘇珊-基弗兒說,這場海嘯釋放的能量事實上遠遠超過了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生爆炸釋放的能量,大約相當於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10兆噸或者相當於兩顆原子彈釋放能量的280倍。這種差異主要取決於海嘯持續的時間長短,據她估計,海嘯持續的時間在100秒到1000秒之間。


  在最上限時,海嘯蘊含的能量相當於690萬桶原油,或者相當於日本每天消耗的總石油的50%。這種評估結果還考慮了波浪的速度,據基弗兒估計,海浪的速度大約是每秒220米,30分鐘抵達海岸線。她利用海浪估計開闊海域的浪高是7米,並估計波浪的長度大約是800英里(1300公里),或者相當於本州島海岸線長度的一半。

 7.有力的海浪
有力的海浪
有力的海浪

  美國電力研究所(EPRI)的一項分析發現,不斷衝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。這相當於日本每年的電流總產量的40%,大約相當於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家稱之為「浪區」,海風在開闊水域形成的波浪不斷拍擊這個美國最後邊疆(last frontier)。美國電力研究所用來研究波浪強度的浮標得出的數字是阿拉斯加州近海每米平均高5.2萬瓦特,大約是美國南大西洋近海最大讀數的7倍。


  當然,要想捕獲所有能量並非易事。獨立的非營利組織美國電力研究所根據當前的設計學狀況,分析了從技術上來說能夠捕獲多少能量。波浪發電這項商業技術目前還未被廣泛應用,不過已經有一些商用波浪能轉化裝置原型機被採用。他們通過漂浮或者浮標系統進行的這項研究工作,利用大洋湧浪的升、降驅動液壓泵。如果波浪太過劇烈,或者是太微弱,這些裝置就將無法工作,而且它們需要被佈置在最合理的位置。也就是說,在阿拉斯加州近海能夠發揮最大作用的波浪能轉化器,將與在喬治亞近海工作效率最高的裝置不太一樣。


  考慮到這項技術的局限性,美國電力研究所的科學家得出結論,最終只有大約29%的阿拉斯加州大陸架外緣波浪能和46%的內部大陸架的波浪能能夠被人類捕獲到。與之相比,美國東海岸南部地區大約有67%的內部大陸架波浪能和78%的大陸架外緣波浪能可以利用當前技術捕獲到。即便如此,阿拉斯加州的波浪資源仍非常龐大,從技術上來說可以捕獲的能量比大西洋南部近海的多15倍。


  但是美國電力研究所的水力項目經理保羅-雅各布森指出,從技術上來說能夠捕獲的能量並不一定就是「實際」可捕獲能量。很多地區可能都是未來波浪能項目禁止入內的區域,這是因為它們不是海洋航路、漁區,就是因為環境非常脆弱,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。


  8.難以控制的野火


很難控制的野火
難以控制的野火

  1988年,美國黃石國家公園裡濃煙滾滾、火光四起。大量較小的火苗導致大約80萬公頃土地被燒或者部分被燒,該公園超過三分之一受到影響。羅徹斯特理工學院的副教授鮑勃-克萊門斯從事野火研究,據他說,大部分破壞涉及到巨大的能量——野火持續71天,這期間產生大約779億兆焦能量。這是2200兆瓦時,相當於加利福尼亞州和俄勒岡州在一個月內產生的電能之和。克萊門斯與美國農業部林務局研究與發展部的米蘇拉消防科學實驗室合作,該部已經為計算森林大火的蔓延速度和能量釋放率提供了數據和公式。


  該實驗室研究並繪製了美國荒地、它們的生態、它們與野火的關係,以及它們的燃燒潛能的圖表。這個機構的項目經理科林-哈代說,科學家還利用世界上最大的控制風洞和燃燒室進行實驗,研究不同類型的植被和其他燃料燃燒產生的能量。這些數據有助於引導「野火行為分析師」評估野火燃燒的速度和方向,以及哪些資源存在被燒危險。相同的數據對預警系統做出了巨大貢獻,它通過煙熏熊標誌(Smokey Bear sign)和從綠(低)到紅(高)的顏色,提醒土地管理者和遊客哪些區域存在發生森林大火的風險。


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