會員專區 會員登入
會員登記忘記密碼
尋找門市
《水之書》
作者 阿洛.賈
譯者 黃靜雅
出版社 天下文化出版股份有限公司
ISBN 9789864791835
分類 自然科學 > 環境科學 > 其他
價格 HK$127.00
 
匯率只供參考
貨幣兌換參考
匯率只供參考
本網站未能顯示存貨,書籍資料僅供參考。
如欲查詢店存或選購,請致電或親臨門市了解更多。
 更多資料
作者阿洛.賈將帶領我們踏上雙重旅程:

一是極地之旅——我們將搭乘海洋研究船,
冒著狂風巨浪,遠征南冰洋與南極洲,
去看那裡的巨大冰山、冰原、冰冠、企鵝與海豹,
以及影響全球天氣的南冰洋,如何展現水的威力與重要性。

一是科學之旅——我們將從大霹靂後的水之源頭出發,
途經地球上的生命伊始、人類傍水發展的文明,再返回太空;
我們將在月球、火星、太陽系外行星,搜尋生命的跡象,
而水,正是關鍵性的指標。

※ ※ ※ ※ ※

一般來說,同一種物質的固體比液體密度大,
但是,冰為什麼會反常的浮在水面上?
而且這種異常特性,竟保護了水底生物免於寒冬凍死。

把水從地表移到大氣層、又移回地表,
所處理的水量,相當於世界上所有的海水,
因而造就了全球的天氣和氣候系統。

我們幾乎是水做的軀體?
請看這些數據:成人身上平均含有60%至70%的水,
其中,神經系統有84%是水,肝臟73%、肌肉77%、
皮膚71%、脂肪則是30%左右,
血漿、唾液和胃液,幾乎完全是水。
難怪生物學家說:「生命從沐浴在水裡開始。」

你知道嗎?
種植一杯咖啡所需的咖啡豆,要用掉二百公升的水;
你愛吃的牛排大餐,每公斤牛肉的成長,
要用掉一萬五千公升的水;
而為了生產每個人一整天的食物,
要用掉超過三萬五千公升的水。
是水,推動了農業,(水蒸汽)推動了工業革命,
推動了文明,滋潤了我們的生活。

※ ※ ※ ※ ※

《水之書》是一本拓展你科學視野的奇書,囊括了與水相關的科學:
★ 水的物理學(室溫下呈液態、冰的密度比水小、氫鍵帶來的黏性、溶解度帶來的導電性)
★ 水的化學與生物化學(水的極性使細胞膜得以存在、氫鍵讓蛋白質摺疊成三維形狀)
★ 水的宇宙學(水分子如何在宇宙中生成、為何能存留在地球上)
★ 大氣科學與海洋學(水文循環、季風、環流、全球大洋輸送帶)
★ 環境科學(水足跡是一種類似碳足跡的環保概念)
★ 還有地球科學(冰河與冰山)、古氣候學(冰芯研究)、晶體學(冰晶)、天文學與太空科學(衛星與行星的形成、地外水源,如何以水來定義生命)。

阿洛.賈是最亮眼的年輕科學作家……
是萬中選一的優秀科學傳播者,
他深入瞭解科學,寫來游刃有餘。
—— 英國《獨立報》


作者簡介:

阿洛.賈(Alok Jha),印度裔記者、節目主持人,落腳在倫敦。目前是英國獨立電視臺(ITN)科學記者,之前擔任《衛報》(Guardian)科學記者,曾在英國廣播公司第二臺(BBC2)及廣播四臺(BBC Radio 4)主持科學節目。曾獲美國物理學會頒發的科學寫作獎(2014年)、當選年度歐洲科學作家(2008年),並曾入圍英國科學作家協會及醫療記者協會獎項。


譯者簡介:

黃靜雅,臺南市人,臺灣大學大氣科學碩士(主修大氣環境),著有《臺灣天氣變變變》(合著),譯有《看雲趣》、《觀念地球科學》(合譯)、《地震與文明的糾纏》、《大口一吞,然後呢?》、《第六次大滅絕》(榮獲第八屆吳大猷科普翻譯類佳作)、《如果這樣,會怎樣?》、《勇往直前》、《即興力》。除了大氣科學專長,也曾出版音樂專輯「看月娘」、「生活是一條歌」;創作兒童音樂專輯「春天佇陀位」及「幸福的孩子愛唱歌」等。2002年之後定居加拿大溫哥華,卻心繫臺灣的一舉一動,自稱是「用母親的眼睛與關懷萬物的心,跨界地球大氣與原創音樂」的家庭主婦。


在一個寒冷、明媚的午後,我們離開了紐西蘭的最南端。籌備半年之久,這是一趟畢生難忘的旅程:一個月的航行,造訪地球上最偏遠的大陸——南極洲,去到最偏遠的地方繞一圈。在我們超連結的世界裡,這地方依舊遙不可及,正如它本身的位置一樣,暗喻著孤立、寂寞。

我們即將展開的旅程,一個世紀前專屬於幾支男子漢隊伍,為首的英雄青史留名——史考特、莫森、夏克頓、阿蒙森。這些男子漢帶回(如果他們回得來)淒涼無助、富戲劇性、悲慘壯烈的故事。他們發現了新大陸,在嚴酷的非人類環境中生存,令一個世紀前的文明社會驚嘆著迷。

現在進出這塊大陸比較方便了,但還是很不容易,訪客主要限於來自世界各地的小支科學家團隊,以及每年都會去南極洲的一群學者和探險家。為了更瞭解地球的天氣與氣候系統,他們去查訪地球最原始、最純淨的地方,或是去仰望那裡清澈的天空,以便深入探究宇宙的歷史。在12月到翌年2月這段夏季月份期間,僅有的其他旅客是達官貴人、補給船隊、荷包充裕的遊客,這些有錢遊客只能在安全距離以外看看海岸線,情況允許的話,偶爾可以冒險在冰面上走一走。

我來到這冰世界(The Ice)探險,乃是一支私人科學考察隊的部分行程,追隨偉大的英裔澳洲探險家暨地質學家莫森留下的足跡。1908年,他和夏克頓首度遠征南極大陸,到了1912年,他又想辦法籌錢率領自己的探險隊,那時他尚未滿三十歲。他常有創新之舉,他是第一個開飛機到南極的人,也是第一個在南極設置、使用無線通訊設備發送訊息回家的人。莫森插著澳洲的旗幟航行;在這塊冰封大陸上,澳洲宣稱擁有主權的領土,大多可追溯至莫森在1912年及1929年的遠征。

下午兩點,我們的船響起單調的汽笛長聲,從紐西蘭布拉夫港(Port Bluff)的碼頭朝後方移動。我們背後的海港,在兩片狹長的綠地中間綿延好幾公里。一道懸崖出現在我們的右舷側遠處,那是福沃海峽(Foveaux Strait)起點的地標。地標以外及地平線上,鋪展著廣大南冰洋的滾滾波滔。

船一拉上船錨,便開始同時在三維方向移動。很玄的是,這是一種心知肚明的感覺,而不是我看見了什麼,但我感覺得到,腳下的堅實地板變得不太平穩。我感到微微的不舒服,保持平衡有點困難。我把這種奇怪的感覺先拋在腦後,走到船上的瞭望甲板,位置就在船橋的正上方,幾十名考察隊隊員早已在那裡圍著弧形船頭排排站。我們第一次互相報上姓名,握手、歡呼、拍照。有些人拚命用手機發簡訊,試著以無線電波發出最後一次訊號,因為接下來這一個月,誰也收不到訊號,得利用最後這幾格收訊,跟親朋好友道別。

等到船通過懸崖,我們已經搖晃了大半個鐘頭。陸地依然安安穩穩的在後方不遠,前方卻是一望無際的蔚藍。在這艘船上,我已經感覺自己好渺小。

然後,開始噁心反胃。暈船不是你控制得了的。早在我準備遠征之前,在我進入船的百里範圍內之前,醫師已經告訴我,這暈船哪,連最有經驗的水手也不放過,令他們動彈不得、無法進食,動不動就想吐。暈船會變得多嚴重、誰會受罪、有什麼好辦法可以應付這種苦頭,全是未知數。

水不肯遵守液體常規

噁心反胃是大腦對「突發陌生事物」的反應,無論你正在嘗試什麼未知的新事物,這種反應會阻止你做這件事情,免得你惹出了麻煩。當大腦懷疑有什麼事情不對勁,當它的各種感知互相對應不上,而且沒有時間調適,它就會用它唯一知道的方式,來奪取身體的控制權。噁心反胃總是與「悖離已知事物」有關,所謂「已知事物」,比方說:腳底下穩穩的地面便是。當最熟悉的事物竟然變得令人震驚又陌生,這種不安更是倍增。我們的主角——水,也正是「已知事物」之一。

地球上的物質中,唯有水的化學式已成為我們的口語。然而,H2O的簡單性,掩蓋了其化學作用的複雜性。「在所有已知的液體中,」化學家法蘭克斯(Felix Franks)寫道:「水可能是人們研究最多、卻瞭解最少的。」

如果這句話現在聽起來很奇怪,那你就有伴了。水這麼普遍、這麼常見,以致簡直有點無聊。把水想得太深入,似乎毫無意義,浪費的時間還不如拿來解決其他的謎團。但這種物質背後潛藏著陰影,那游移不定的黑暗,把任何膽敢端詳過久的人都難倒了。

「研究液體的科學家不太多,」科學家兼作家鮑爾(Philip Ball)寫道:「但我曾經是其中之一,而且我們往往會避開水。這可能讓我們聽起來像是討厭麵包的麵包師傅,但我們有個簡單的原因:水違反所有的規則。自十九世紀末以來,我們已經費盡苦心發展出一套很完美的『液體理論』,令人驚訝的是,這套理論用來解釋什麼是液體、液體做了哪些事,完全沒問題。但是用來理解水,它卻沒有多大的用處。」

每次你把冰塊丟進飲料裡,那種怪異便顯而易見(雖然在你看來可能不覺得怪)。很難理解那樣有什麼不對,一切只因我們太習以為常了。但請你仔細想一想,若在你面前的是一個固體,浮在本身的液體上:固態的蠟不會浮在融化的蠟上;固態的奶油不會浮在熱鍋裡融化的奶油上;石頭不會浮在火山噴出的岩漿上。當液體冷卻、開始凝固時,它的大小會收縮,固體部分應該會落到任何仍存在的液體底部。

相反的,冰卻會浮起來,因為水結冰時做了一件怪事:它會膨脹。曾試圖把一瓶香檳放進冷凍庫迅速冷卻、不小心放過夜的人,很快就能證實,這種膨脹的力量很強,強到足以使玻璃碎裂。在寒冷的冬天,水結冰也可能使水管爆裂;滲進建築物裂縫的水,可能會結冰,弄破牆壁。這類小事似乎微不足道,令人好奇而已。水的這項異常行為,只不過是這種物質不肯遵守液體常規的一大堆獨特行為之一,卻塑造了我們的行星、以及出現在這顆行星上的所有生命。

歷經凍結與融化的千古循環,水滲入巨大的石塊、分裂這些石頭,又把它們分解成土壤。冰浮在我們的飲料上,同時也浮在我們的海洋、河川、湖泊上。海冰和閃閃發光的冰山,在極地海域附近很常見;離我們住的溫帶地方近一點,冬季結冰的湖泊也很常見。在那些結冰的湖泊和河流上,冰不僅僅是裝飾表面而已;它隔絕了底下的水,使水溫保持在冰點以上幾度,最重要的是,它使底下的水保持液態,即使是在最嚴寒的冬天。

水在攝氏四度時,密度最大,這個溫度的液態水都會沉到湖底或河底。由於水體的凍結是由上往下(而不是由下往上),魚類、植物和水中的其他生物,幾乎總是有地方可以活著度過連年的冬季,而且能夠成長、繁衍。

以地質時間來看,儘管地球曾經處於接連不斷的冰河期,但水的這種怪異行為,使複雜生命得以倖存和演化。假使水的行為像是正常的液體,那麼在嚴寒時期,大地上的河川湖泊與海洋,全然冰凍成為固態,脆弱的生命形式恐怕早已滅絕。

水的行為實在太奇特了

水的奇特行為中,「浮冰」只不過是最基本的。1963年,當時彭巴(Erasto B. Mpemba)還是坦尚尼亞麻干巴中學的高三學生,他發現水的某種現象非常奇怪,至今沒有人能夠解釋。

彭巴和班上的其他同學常常製作冰淇淋:煮沸牛奶、加入糖,等混合液冷卻到室溫,放進冷凍庫。不過,冷凍庫的空間不太夠,這些小男生總是急著把冰淇淋混合液放進冷凍庫。有一天,彭巴正在煮沸牛奶時,看見另一個男生為了趕快把自己的混合液放進冷凍庫,一開始就用冷牛奶。彭巴知道,如果他等自己的冰淇淋混合液冷卻、再放進冷凍庫,就會沒有空間了。於是他冒著損壞冰箱的風險,把他的熱冰淇淋混合液放進冷凍庫,放在他朋友的冷混合液旁邊。過了一個半小時,他們回來查看自己的冰淇淋,結果發現很詭異的事情:彭巴的混合液已經凍結成冰淇淋,其他人的混合液卻依然只是濃稠的液體。

彭巴效應(因為是彭巴發現的)觀察到的是:當熱水和冷水放在同樣的零下狀態時,熱水結冰比冷水快。儘管遭到老師的嘲笑,但彭巴並不是唯一注意到水的這種奇特效應的人;亞里斯多德、培根、笛卡兒都曾經寫到這件事。彭巴進一步研究自己的發現,在鄰近的坦加(Tanga)小鎮,他看到當地的冰淇淋商家也是用同樣的方法來製作冰淇淋(也就是彭巴在學校的意外之舉:把熱牛奶直接放進冷凍庫),因為他們知道那樣會比較快凍結。

什麼原因造成彭巴效應,並沒有任何確切的答案。有可能是因為熱牛奶的表面蒸發,帶走熱量以及一些水,使體積變小、溫度下降,因此凍結得比較快。另一種想法是,較熱的牛奶含有較少的溶解氣體,通常這些氣體算是雜質,會降低液體的冰點。

第三種可能的解釋與「過冷」(supercooling)有關。如果把水冷卻至公認的冰點(一大氣壓下的攝氏零度),除非液體中有些地方存在冰晶「首先發難」並且開始成長,才會形成冰。舉例來說,這些開始結冰的地方可能是氣泡、或是容器表面的粗糙部分。如果沒有這些地方、而溫度繼續下降,水可能會變成過冷,在溫度遠低於預期的冰點時,仍然維持液態。但是過冷水並非完全穩定,如果水裡面開始以某種方式成核(nucleation),就會瞬間結冰。(反過來也是一樣的道理,地表上的過熱水,在溫度遠高於普通沸點攝氏一百度時,也可能維持液態。)

水有獨特的「黏性」

我們目前為止碰到的許多異常行為,均可追溯至一種耐人尋味的能力:水分子必須暫時附著在某個東西上,特別是附著在彼此身上。這種「黏性」不僅可以解釋冰浮在水上、以及水對應溫度的怪異表現,也是瞭解水何以成為生命的介質、比任何事物都重要的關鍵。

從宏觀層面來看,水的黏性使水具有很強的表面張力。昆蟲利用水的這種特性來滑越池塘表面,牠們的質量很小,小到足以避免突破水的表面——也就是「水分子在水的邊界處緊密束縛在一起」而構成的表面。同樣的黏性意味著,藉由毛細作用(capillarity),水分子可輕易將彼此從空的細孔及脈管拉上來,這種能力讓液體可在沒有外力(或往往與外力方向相反,例如重力)作用的情況下,在非常窄的管道中流動。這正是水這麼容易被衛生紙或海綿吸上來的原因;這也是植物把水從地底深處吸上來的方法,以便滋潤在陽光下生長的枝葉。

再從日常生活層面來看,水的黏性對我們超級有用,因為它使液態水變得非常不可壓縮。舉例來說,把柳橙汁從包裝盒擠出來,或是把水泵送到房子的水路管線、透過水管來撲滅火災、或給花園澆水,這些事情能辦得到,是因為在定量液態水的一側施加壓力,便可輕易使水流動。假如水較容易被壓縮(或是和其他液體一樣容易被壓縮),大量運送我們現代生活所需要的水,就會很昂貴而且很困難。(順帶一提,液體是不可壓縮的,這聽起來或許不怎麼反常,但水的境界更是不同凡響:即使在深達一千六百公尺的海裡,海水的體積只會被壓縮1%左右。)


序 最平凡的物質,最超凡的故事

第一篇 水圈
第1章 出發
第2章 南冰洋
第3章 水的起源
第4章 水圈

第二篇 生物圈
第5章 生命
第6章 水足跡

第三篇 冰圈
第7章 冰
第8章 極地

第四篇 太空
第9章 月球
第10章 火星
第11章 太陽系衛星
第12章 太陽系以外
第13章 水的替代物

後記 飄浮在太空的黑暗中
誌謝
參考資料


本網站建議瀏覽環境: Chrome/Firefox/Internet Explorer 9.0+; 屏幕解像度1024x768或以上
©1999-2020 商務印書館(香港)網上書店有限公司 版權所有
放入暫存架