昆蟲如何行走在水面之上
    盡管水不能讓豌豆長(zhǎng)上天，但是水的表面張力可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象——使昆蟲在池塘表面行走。
    水黽（min）是池塘和流動(dòng)緩慢的溪水中最常見的昆蟲。事實(shí)上，它們是水上而非水中最常見的昆蟲。盡管昆蟲的密度比水大，但是水黽不會(huì)沉入水底。極性水分子的內(nèi)聚力足以在池塘或溪水表面形成一層“皮膚”，昆蟲或針這樣很輕的物體不會(huì)破壞水的表面，因?yàn)樗鼈冏饔迷谒�上的壓力太小不至于將氫鍵打斷。
    一只成年水黽體長(zhǎng)可達(dá)O.5英寸（1.25厘米）。和其他昆蟲一樣，水黽有6條腿。中間的一對(duì)腿最長(zhǎng)，用來(lái)輕推水面前進(jìn)。這種推動(dòng)十分精巧，推動(dòng)使少量水運(yùn)動(dòng)起來(lái)，科學(xué)家還不完全肯定昆蟲是否依靠制造水波或漩渦前進(jìn)。麻省理工學(xué)院年輕的華裔博士胡立德（David Hu）和他的導(dǎo)師約翰·布什（John Blash）及同學(xué)布萊恩·陳（Brian chan）合作研究，制作出一只機(jī)械水黽，并于2003年在《自然》雜志上發(fā)表了一篇名為《水黽運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原理》的文章，文章中指出，水黽在水面制造出漩渦，表面之下的水流向后運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)水黽向前運(yùn)動(dòng)，就像火箭從后噴嘴噴出推進(jìn)劑前進(jìn)那樣。
    冰和雪
    生活在水中或水附近的生物不僅僅利用其表面張力。水常常隨著季節(jié)發(fā)生相變，夏季是水，冬季是冰雪。湖泊池塘在冬季一般不會(huì)完全結(jié)冰，只是表面變成固態(tài)，下面仍是流動(dòng)的水，使水中的動(dòng)植物得以存活。
    相變是地球水循環(huán)的組成部分。有少量水分子在化學(xué)反應(yīng)中消耗掉，也有少量水分子是新生成的，但是地球上絕大部分水只是在不同物相之間循環(huán)：液態(tài)水蒸發(fā)為水蒸氣，水蒸氣上升到大氣層頂部凝結(jié)成水滴或冰晶，水滴和冰晶又以降雨和冰雹的形式回到地面。
    江河湖海中的沒有蒸發(fā)的那部分水留在其中，隨著季節(jié)變換同樣要經(jīng)歷相變。在北半球的一些地方，比如加拿大、美國(guó)北部和北歐諸國(guó)，冬季十分寒冷，不僅小溪會(huì)結(jié)冰，甚至大江大河也會(huì)結(jié)冰（南半球的一些地方也有一樣寒冷的冬天，比如位于南美洲最南部的阿根廷火地島）。盡管如此，由于水的物理性質(zhì)特殊，江河湖泊不會(huì)完全凍結(jié)，除了那些極淺的湖泊和溪流，大部分冰面之下仍有流動(dòng)的水。
    水體不會(huì)完全結(jié)冰是由于水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，這是一種只有極少物質(zhì)會(huì)發(fā)生的反�，F(xiàn)象。通常，降溫引起物質(zhì)收縮，因?yàn)榉肿釉诘蜏貢r(shí)運(yùn)動(dòng)緩慢，向外擴(kuò)張的趨勢(shì)也隨之減小，故而體積減小。但是水結(jié)冰與此不同，冰的密度比水小，漂浮在水面之上。密度減小是因?yàn)樵谒�結(jié)冰的過(guò)程中，氫鍵會(huì)產(chǎn)生一種力推拉分子，使分子既不會(huì)分離太遠(yuǎn)，又不能靠得太近，最終形成六角形結(jié)構(gòu)。六角形的冰晶比同樣質(zhì)量的液態(tài)水體積略大，因此冰的密度比水小。
    39。F（4℃）的水密度最大，這個(gè)溫度比冰點(diǎn)32。F（0℃）略高。水從高溫冷卻到4℃的過(guò)程和其他物質(zhì)一致，隨著溫度降低水的體積逐漸減小（盡管減小得很少），但是一旦達(dá)到4℃水的體積便開始膨脹，繼續(xù)降溫膨脹將一直持續(xù)到冰點(diǎn)。由于密度大的物質(zhì)會(huì)下沉，因此4℃的水會(huì)沉到其他溫度的水之下。湖水的溫度并不均勻，4℃的水會(huì)沉入湖底，原先湖底更冷的水則會(huì)上浮到湖面并結(jié)冰。盡管湖底的水溫也很低，但是卻能盡量保持在冰點(diǎn)之上，除非天氣寒冷到使全部湖水都結(jié)成冰。
    冰漂浮在水面上給水下的動(dòng)物提供了生存空間，但是也帶來(lái)另一個(gè)不良后果。在每年相對(duì)較暖的春季和夏季，大約有1萬(wàn)—2萬(wàn)塊冰從格陵蘭和北極的巨大冰川上脫落。多年的降雪經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)積累，在重力作用下壓緊變成冰，從而形成冰川。巨大的重量推動(dòng)冰川“流動(dòng)”，好像一條條冰之河，每天移動(dòng)距離可達(dá)15米（49.2英尺）以上。經(jīng)過(guò)幾千年的運(yùn)動(dòng)，冰川達(dá)到大陸邊緣，或者在大洋表面形成冰蓋。海浪和潮汐逐漸侵蝕冰川，使大塊的冰脫落掉人海中形成漂浮的冰山。
    冰山形狀各異、大小不一。同汽車一樣大的冰山被老水手們稱為咆哮者，與房屋一樣大的則稱作小冰山。有些冰山非常龐大，例如被氣象學(xué)家命名為B15的冰山，這塊冰于2000年3月從南極羅斯冰架脫落，體積和美國(guó)特拉華州相當(dāng)（特拉華州是美國(guó)第二小的州，全州面積62 062平方千米，略小于中國(guó)寧夏回族自治區(qū)），在學(xué)術(shù)分類中屬于“十分巨大”一類。
    冰山的形成不但漫長(zhǎng)，而且需要吸收大量的熱，因?yàn)闃O性水分子相互連接緊密，需要很多能量才能將它們分開。冰山會(huì)給船只航行帶來(lái)危險(xiǎn)，最著名的災(zāi)難非泰坦尼克號(hào)莫數(shù)，這艘號(hào)稱永不沉沒的巨輪首航時(shí)被冰山在船底撞出一個(gè)大洞，最終沉人大西洋底。沒有人知道制造這場(chǎng)災(zāi)難的冰山有多大，據(jù)幸存者估計(jì)，冰山露出海面的部分有98.4英尺（30米，大約為10層樓的高度）高，295.3英尺（90米）長(zhǎng)。盡管這部分體積已經(jīng)很大，但是真正的冰山遠(yuǎn)不止如此，由于冰的密度僅僅比水的密度略小一點(diǎn)，冰山的絕大部分（約為總體積的7／8）隱藏在海面以下。
    雪也是水的固體形式，但其危險(xiǎn)程度要比冰小得多。大氣層頂部的溫度很低，其中的水分結(jié)冰并下落，如果地表的空氣溫度比較高，例如在溫暖的春季或夏季，冰便會(huì)在下落過(guò)程中融化形成降雨。比較冷的季節(jié)里，大氣層底部的溫度也很低，小冰晶在降落的過(guò)程中會(huì)逐漸長(zhǎng)大。不同溫度下形成的冰晶形狀不同：接近冰點(diǎn)時(shí)冰晶為平板狀；略冷一些的情況為圓柱形；更冷的情況下會(huì)出現(xiàn)我們熟悉的六角形雪花，此時(shí)溫度約為—0°F（—17.8℃）。雪花在下降過(guò)程中穿過(guò)大氣的各個(gè)層，經(jīng)歷各種條件和溫度變化，沒有兩片雪花經(jīng)歷完全相同，因此每片雪花都會(huì)成長(zhǎng)為自己獨(dú)有的形狀。
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