世界不思議

“交界處”地球上最神奇的地方,它是兩種物質融匯貫通的地方!

陰陽交合,萬物化生。大自然最神奇、最熱鬧、最富有生機和活力的地方,莫過於兩種物質的交界處了。天空與大地、陸地與海洋、有機物與無機物以及冷暖氣流、高低氣壓等任何兩種不同物質交叉融匯、衝突碰撞的地方,往往呈現出氣象萬千的景象。
兩相之間的分界被稱為界面,按物質形態來分,包括:氣-液、氣-固、液-液、液-固、固-固等界面。其中,液-氣界面、固-氣界面,也被稱作表面。
地表天地相交生萬物

天空與大地的交界面——地表,是我們能看到的最宏大的自然界面,是大氣圈、水圈、陸地圈相互交接的地方。這裡是生命繁衍的世界,萬物競逐,生機勃勃;這裡山巒起伏、大河奔流、雲蒸霞蔚、氣象萬千。我們人類就生活在地表,大多數生物也和人類一樣生活其間。由於氣、液、固三相交互滲透,經過長期能量轉化、物質交換,在地球表面形成一個有生命活動的圈層,這就是生物圈。生物圈是地表有機質及其生存環境的總和,包括大氣圈底部對流層、水圈和岩石圈上部風化層,厚度約20千米。其中,地面上100米到水面下200米是生物集中分佈的地方。
在大氣運動基礎上形成了氣候,在陸地圈基礎上形成了地貌,在水圈基礎上形成了水文,在三大圈層互相作用基礎上形成了土壤、植物、動物,以及在地層中的礦產資源等。凡此種種構成了自然環境的基本要素。
地表自然環境處在地表四個圈層的接觸帶上。自然環境運動是地球內力和外力相互作用的產物。地球內力來源於放射性元素蛻變產生的熱能、地幔中的熱對流、地球自轉產生的動能。地殼的水平運動和垂直運動、褶皺、斷裂、火山噴發、岩漿入侵、地震、海嘯是地球內力的表現。

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地球內力是地殼發展的主要動力。內力作用也常生成有價值的礦床。在花崗岩與石灰岩的交界面,常常能形成矽卡岩富礦床,這是由於花崗岩周圍,由於岩漿的烘烤作用,石灰岩受溫度、汽水熱液的影響,發生接觸交代變質作用(在侵入體與圍岩的接觸帶,圍岩除受到熱流的影響外,還受到具化學活動性的流體和揮發分的作用,發生不同程度的交代置換,原岩的化學成分、礦物成分、結構構造都發生明顯改變,

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形成各種矽卡岩和其他蝕變岩石,有時還伴生有一定規模的鐵、銅、鎢等礦產以及鉬、鈦、氟、氯、硼、磷、硫等元素的富集)形成矽卡岩。

矽卡岩礦物組成方解石、水晶、矽灰石、石榴子石、黃鐵礦、黃銅礦等。地球外力指的是太陽能以及由太陽能轉化而成的風化、流水、波浪、洋流等能量。地球外力對地殼起著緩慢的剝蝕作用。
界面效應變幻莫測稱神奇

不但宏觀物質界面風景秀麗,微觀物質界面同樣異彩紛呈。在一些物質的表面,往往會發生令人難以置信的神奇物理現象,對這些現象的觀察與利用,推動了人類文明的巨大進步和科技水平的飛躍。
眾所周知,光不但能在物體表面發生反射,而且以一定角度進入空氣、玻璃、水等透明物質時會發生折射,並由此產生美麗的彩虹和各種各樣的現象。

1870年初春的一天,英國著名物理學家丁鐸爾做了一個有趣的實驗:在暗室裡,一股水流從容器的側壁孔中流出,在另一側壁給水照明。這時從孔中流出的水,幾乎在整個長度上都在發光。而且本來直線傳播的光,現在竟然沿著這股彎曲的水流在耀動。
人們驚訝地發現,光彎曲了。
這是為什麼?

原來光由折射率大的水進入折射率小的物質時,在兩種物質的交界面上產生了全反射。光沒有進入折射率小的物質,而是全部返回到折射率大的物質中。後來,人們用玻璃纖維模模擬這股水流,製成了玻璃光導纖維。把玻璃纖維的一端截面對準某一物體,不管它彎曲成什麼樣的角度和形狀,都能從另一端的界面上清楚地看到射入的圖像。

光是沿直線傳播的。光導纖維卻是彎彎曲曲的,但這並不影響到光在光導纖維中的傳輸。光導纖維中間為具有高折射率的芯材,外面裹有低折射率的包皮,最外面是塑料護套。這樣特殊的結構,加上精心的選材,使光導纖維既纖細似發、柔軟如絲,又具有高抗拉強度、大抗壓能力。同時,光導纖維中的光波傳輸衰減小,可以多功能傳輸聲音、圖像和文字。光導纖維可以在低溫環境下工作,能抗電磁干擾,耐放射性輻射。光波在光纖中傳播時不會向外輻射電磁波,有很高的保密性能,信息以光速傳送,速度無與倫比。研究顯示,光通信比電通信的容量要高1億到10億倍,一根光纖能同時傳輸100億個電話,或1000萬套電視節目。想像一下,它的容量有多大啊!

超聲波也具有同上面介紹的類似的特性。超聲波在同一均勻介質中作直線性傳播,但在兩種不同物質的界面上,便會出現部分或全部的反射。如今,人們利用這一效應來進行疾病診斷和超聲波探傷。
所謂超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處,並由一截面進入另一截面時,在界面邊緣發生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法。當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部,遇到缺陷與零件底面時就分別發回反射波來,在螢光屏上形成脈衝波形。
根據這些脈衝波形,人們即能判斷出金屬材料的缺陷情況。換句話說,當超聲波遇到材料內部有氣孔、裂紋、縮孔時,則在金屬的交界面上發生反射,異質界面愈大反射能力愈強,反之愈弱。這樣,內部缺陷的部位及大小就可以通過探傷儀螢光屏的波形反映出來。常用的超聲波探傷有X光和射線探傷。
物理界面效應最典型的事例莫過於p-n結了。科學家很早就發現,將一塊P型半導體和一塊N型半導體連接,電子將擴散到P型材料中,空穴則會擴散到N型材料中。p—n結具有整流作用。當具有p—n結的半導體受到光照時,其中電子和空穴的數目增多,在結的局部電場作用下,p區的電子移到n區,n區的空穴移到p區,這樣在結的兩端就有電荷積累,形成電勢差。這一現象被稱為p—n結的光生伏特效應。由於這些特性,用p—n結可製成半導體二極管和光電池等器件。利用p-n結的反向電壓原理還可用來製造穩壓管或開關等器件。
界面景象之所以多姿多彩,是因為那裡是物質存在或運動方式發生根本轉換的邊界線和臨界點,也是物質發生分合交流反應最頻繁的地方。從物質界面引申到社會層面、科學層面,其實也存在著同樣的現象。

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