“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

阴阳交合,万物化生。大自然最神奇、最热闹、最富有生机和活力的地方,莫过于两种物质的交界处了。天空与大地、陆地与海洋、有机物与无机物以及冷暖气流、高低气压等任何两种不同物质交叉融汇、冲突碰撞的地方,往往呈现出气象万千的景象。

两相之间的分界被称为界面,按物质形态来分,包括:气-液、气-固、液-液、液-固、固-固等界面。其中,液-气界面、固-气界面,也被称作表面。

地表天地相交生万物

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

天空与大地的交界面——地表,是我们能看到的最宏大的自然界面,是大气圈、水圈、陆地圈相互交接的地方。这里是生命繁衍的世界,万物竞逐,生机勃勃;这里山峦起伏、大河奔流、云蒸霞蔚、气象万千。我们人类就生活在地表,大多数生物也和人类一样生活其间。由于气、液、固三相交互渗透,经过长期能量转化、物质交换,在地球表面形成一个有生命活动的圈层,这就是生物圈。生物圈是地表有机质及其生存环境的总和,包括大气圈底部对流层、水圈和岩石圈上部风化层,厚度约20千米。其中,地面上100米到水面下200米是生物集中分布的地方。

在大气运动基础上形成了气候,在陆地圈基础上形成了地貌,在水圈基础上形成了水文,在三大圈层互相作用基础上形成了土壤、植物、动物,以及在地层中的矿产资源等。凡此种种构成了自然环境的基本要素。

地表自然环境处在地表四个圈层的接触带上。自然环境运动是地球内力和外力相互作用的产物。地球内力来源于放射性元素蜕变产生的热能、地幔中的热对流、地球自转产生的动能。地壳的水平运动和垂直运动、褶皱、断裂、火山喷发、岩浆入侵、地震、海啸是地球内力的表现。

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

地球内力是地壳发展的主要动力。内力作用也常生成有价值的矿床。在花岗岩与石灰岩的交界面,常常能形成矽卡岩富矿床,这是由于花岗岩周围,由于岩浆的烘烤作用,石灰岩受温度、汽水热液的影响,发生接触交代变质作用(在侵入体与围岩的接触带,围岩除受到热流的影响外,还受到具化学活动性的流体和挥发分的作用,发生不同程度的交代置换,原岩的化学成分、矿物成分、结构构造都发生明显改变,

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

形成各种矽卡岩和其他蚀变岩石,有时还伴生有一定规模的铁、铜、钨等矿产以及钼、钛、氟、氯、硼、磷、硫等元素的富集)形成矽卡岩。

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

矽卡岩矿物组成方解石、水晶、硅灰石、石榴子石、黄铁矿、黄铜矿等。地球外力指的是太阳能以及由太阳能转化而成的风化、流水、波浪、洋流等能量。地球外力对地壳起着缓慢的剥蚀作用。

界面效应变幻莫测称神奇

不但宏观物质界面风景秀丽,微观物质界面同样异彩纷呈。在一些物质的表面,往往会发生令人难以置信的神奇物理现象,对这些现象的观察与利用,推动了人类文明的巨大进步和科技水平的飞跃。

众所周知,光不但能在物体表面发生反射,而且以一定角度进入空气、玻璃、水等透明物质时会发生折射,并由此产生美丽的彩虹和各种各样的现象。

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

1870年初春的一天,英国著名物理学家丁铎尔做了一个有趣的实验:在暗室里,一股水流从容器的侧壁孔中流出,在另一侧壁给水照明。这时从孔中流出的水,几乎在整个长度上都在发光。而且本来直线传播的光,现在竟然沿着这股弯曲的水流在耀动。

人们惊讶地发现,光弯曲了。

这是为什么?

原来光由折射率大的水进入折射率小的物质时,在两种物质的交界面上产生了全反射。光没有进入折射率小的物质,而是全部返回到折射率大的物质中。后来,人们用玻璃纤维模模拟这股水流,制成了玻璃光导纤维。把玻璃纤维的一端截面对准某一物体,不管它弯曲成什么样的角度和形状,都能从另一端的界面上清楚地看到射入的图像。

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

光是沿直线传播的。光导纤维却是弯弯曲曲的,但这并不影响到光在光导纤维中的传输。光导纤维中间为具有高折射率的芯材,外面裹有低折射率的包皮,最外面是塑料护套。这样特殊的结构,加上精心的选材,使光导纤维既纤细似发、柔软如丝,又具有高抗拉强度、大抗压能力。

同时,光导纤维中的光波传输衰减小,可以多功能传输声音、图像和文字。光导纤维可以在低温环境下工作,能抗电磁干扰,耐放射性辐射。光波在光纤中传播时不会向外辐射电磁波,有很高的保密性能,信息以光速传送,速度无与伦比。研究显示,光通信比电通信的容量要高1亿到10亿倍,一根光纤能同时传输100亿个电话,或1000万套电视节目。想象一下,它的容量有多大啊!

“交界处”地球上最神奇的地方,它是两种物质融汇贯通的地方!

超声波也具有同上面介绍的类似的特性。超声波在同一均匀介质中作直线性传播,但在两种不同物质的界面上,便会出现部分或全部的反射。如今,人们利用这一效应来进行疾病诊断和超声波探伤。

所谓超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分别发回反射波来,在荧光屏上形成脉冲波形。

根据这些脉冲波形,人们即能判断出金属材料的缺陷情况。换句话说,当超声波遇到材料内部有气孔、裂纹、缩孔时,则在金属的交界面上发生反射,异质界面愈大反射能力愈强,反之愈弱。这样,内部缺陷的部位及大小就可以通过探伤仪荧光屏的波形反映出来。常用的超声波探伤有X光和射线探伤。

物理界面效应最典型的事例莫过于p-n结了。科学家很早就发现,将一块P型半导体和一块N型半导体连接,电子将扩散到P型材料中,空穴则会扩散到N型材料中。p—n结具有整流作用。当具有p—n结的半导体受到光照时,其中电子和空穴的数目增多,在结的局部电场作用下,p区的电子移到n区,n区的空穴移到p区,这样在结的两端就有电荷积累,形成电势差。这一现象被称为p—n结的光生伏特效应。由于这些特性,用p—n结可制成半导体二极管和光电池等器件。利用p-n结的反向电压原理还可用来制造稳压管或开关等器件。

界面景象之所以多姿多彩,是因为那里是物质存在或运动方式发生根本转换的边界线和临界点,也是物质发生分合交流反应最频繁的地方。从物质界面引申到社会层面、科学层面,其实也存在着同样的现象。


分享到:


相關文章: