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作者：瑞烨

出版社：河北科学技术出版社

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青少年知识小百科试读：

前言

好书如阶梯，引领人们一步步向更高的人生巅峰攀登，而融万千知识于一体的百科全书更是好书中的精品，读之不仅增长见识、拓展视野，也充实人生。

近几年，伴随着社会经济和人们思维的发展，全社会对百科知识的普及学习尤为重视，同时也对学生所学知识提出了更高的要求和标准，相关学校以及家长，均十分重视让孩子多接受一些百科知识的熏陶。百科知识不仅包含着丰富的知识点，它还超越普通知识门类的探索猎奇本质，让许许多多的人在轻松的阅读中，既感受到一份心灵的释放，也感受到知识的力量在无形中蔓延。与此同时，同一类型百科书籍，其体例形式和内容定位均不相同。这就使得许多家长和学校在为学生采购这些图书的时候，面临着各种矛盾，最突出的问题就是，图书本身与学生实际需求有着一定的差距。在这样一个前提之下，我们在编写过程中更加注重科学性和实用性。

本书信息量大，在包罗万象的知识体系中，总揽了学科知识、生物与环境、地理风貌、人文艺术、历史文化等方面内容，注入现代人的世界视野、理性判断和科学情怀，拓展出更高、更远的新境界。本书版式新颖，设计精美，图文并茂。

希望本书能够给广大的青少年朋友带来乐趣，并祝愿广大的青少年朋友学习进步，更上一层楼。

第一章　学科知识

数学

数学起源于人类早期的生产活动，为中国古代六艺之一，被称为算术，又称算学，最后才改称为数学。亦被古希腊学者视为哲学之起点。数学的希腊语意思是“学问的基础”，源于μáθημα（máthēma）（科学、知识、学问）。另外还有个比较狭隘，但是具有技术性的意义——“数学研究”，此一希腊语被亚里士多德拿来指“万物皆数”的概念。

数学的演进大约可以看成是抽象化的持续发展，或是题材的延展。第一个被抽象化的概念大概是数字，其对两个苹果及两个橘子之间有某样相同事物的认知是人类思想的一大突破。数学的发展在此突破之后经历了漫长的阶段。（1）初等数学和古代数学：这是指17世纪以前的数学。主要是古希腊时期建立的欧几里得几何学，古代中国、古印度和古巴比伦时期建立的算术，欧洲文艺复兴时期发展起来的代数方程等。（2）变量数学：是指17～19世纪初建立与发展起来的数学。从17世纪上半叶开始的变量数学时期，可以分为两个阶段：17世纪的创建阶段（英雄时代）与18世纪的发展阶段（创造时代）。（3）近代数学：是指19世纪的数学。近代数学时期的19世纪是数学的全面发展与成熟阶段，数学的面貌发生了深刻的变化，数学的绝大部分分支在这一时期都已经形成，整个数学呈现出全面繁荣的景象。（4）现代数学：是指20世纪的数学。1900年德国著名数学家希尔伯特（D.Hilbert）在世界数学家大会上发表了一个著名演讲，提出了23个预测和指导今后数学发展的数学问题，拉开了20世纪现代数学的序幕。数学研究领域

数学研究的各领域包括数量、结构、空间、基础与哲学四个方面。数量

数量的学习起于数，一开始为熟悉的自然数及整数与被描述在算术内的自然数及整数的算术运算。整数更深的性质被研究于数论中，此一理论包括了费马最后定理的著名结果。数论还包括两个被广为探讨的未解问题：孪生素数猜想及哥德巴赫猜想。

当数系更进一步发展时，整数被承认为有理数的子集，而有理数则包含于实数中，连续的数量即是以实数来表示的。实数则可以被进一步广义化成复数。数的进一步广义化可以持续至包含四元数及八元数。自然数的考虑亦可导致超限数，它公式化了计数至无限的这一概念。另一个研究的领域为其大小，这个导致了基数和之后对无限的另外一种概念：艾礼富数，它允许无限集合之间的大小可以做有意义的比较。结构

许多如数及函数的集合等数学物件都有着内含的结构。这些物件的结构性质被探讨于群、环、体及其他本身即为此物件的抽象系统中。此为抽象代数的领域。在此有一个很重要的概念，即向量，且广义化到向量空间，并研究于线性代数中。向量的研究结合了数学的三个基本领域：数量、结构及空间。向量分析则将其扩展至第四个基本的领域内，即变化。空间

空间的研究源自于几何，尤其是欧式几何。三角学则结合了空间及数，且包含有著名的勾股定理。现今对空间的研究更推广到了更高维的几何、非欧几何（其在广义相对论中扮演着核心的角色）及拓扑学。数和空间在解析几何、微分几何和代数几何中都有着很重要的角色。在微分几何中有着纤维丛及流形上的计算等概念。在代数几何中有着如多项式方程的解集等几何物件的描述，结合了数和空间的概念；亦有着拓扑群的研究，结合了结构与空间。在其许多分支中，拓扑学可能是20世纪数学中有着最大进展的领域，并包含有存在久远的庞加莱猜想及有争议的四色定理，其只被电脑证明，而从来没有由人力来验证过。基础与哲学

为了搞清楚数学基础，数学逻辑和集合论等领域被发展了出来。德国数学家康托（1845—1918）首创集合论，大胆地向“无穷大”进军，为的是给数学各分支提供一个坚实的基础，而它本身的内容也是相当丰富的，提出了实无穷的存在，为以后的数学发展作出了不可估量的贡献。康托的工作给数学发展带来了一场革命。由于他的理论超越直观，所以曾受到当时一些大数学家的反对，就连被誉为“博大精深，富于创举”的数学家poincare也把集合论比作有趣的“病理情形”，甚至他的老师Kronecker还击康托是“神经质”，“走进了超越数的地狱”。对于这些非难和指责，康托仍充满信心，他说：“我的理论犹如磐石一般坚固，任何反对它的人都将搬起石头砸自己的脚。”他还指出：“数学的本质在于它的自由性，不必受传统观念束缚。”这种争辩持续了十年之久。康托由于经常处于精神压抑之中，致使他1884年患了精神分裂症，最后死于精神病院。

然而，历史终究公平地评价了他的创造，集合论在20世纪初已逐渐渗透到了各个数学分支，成为了分析理论、测度论、拓扑学及数理科学中必不可少的工具。20世纪初世界上最伟大的数学家Hilbert在德国传播了康托的思想，把他称为“数学家的乐园”和“数学思想最惊人的产物”。英国哲学家罗素把康托的工作誉为“这个时代所能夸耀的最巨大的工作”。数学分类

从数学的研究领域可以将数学分成基础数学、应用数学、计算数学、概率论与数理统计、运筹学与控制论等。（1）基础数学又称为理论数学或纯粹数学，是数学的核心部分，包含代数、几何、分析三大分支，分别研究数、形和数形关系。（2）应用数学简单地说，即数学的应用。（3）计算数学研究诸如计算方法（数值分析）、数理逻辑、符号数学、计算复杂性、程序设计等方面的问题。该学科与计算机密切相关。（4）概率统计分概率论与数理统计两大块。（5）运筹学与控制论，运筹学是利用数学方法，在建立模型的基础上，解决有关人力、物资、金钱等的复杂系统的运行、组织、管理等方面所出现的问题的一门学科。

毕达哥拉斯曾说过数统治着宇宙。从人类祖先的茹毛饮血、刀耕火种到现在的下深海上九天，我们时刻都在用数学进行着思维的体操。数学突出着人类的发展，数学王国的疆域必将与我们现实世界大小息息相关。如果我们觉得世界太小，那么首先要做的就是对数学的突破。

化学

从开始用火的原始社会，到使用各种人造物质的现代社会，人类都在享用化学成果。人类的生活能够不断提高和改善，化学在其中起了重要的作用，它的成就是社会文明的重要标志。

化学也如同

物理学

古时候，原始人类为了他们的生存，在与自然界的种种灾难进行抗争中，发现和利用了火。原始人类从用火之时开始，由野蛮进入文明，同时也就开始用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。继而人类又陆续发现了一些物质的变化，如发现在翠绿色的孔雀石等铜矿石上面燃烧炭火，会有红色的铜生成。这样，人类在逐步了解和利用这些物质的变化的过程中，制得了对人类具有使用价值的产品。人类逐步学会了制陶、冶炼；以后又懂得了酿造、染色等。这些由天然物质加工改造而成的制品，成为古代文明的标志。在这些生产实践的基础上，萌发了古代化学知识。

古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类，并企图追溯其本源及其变化规律。公元前4世纪或更早，中国提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的，而五行则是由阴、阳二气相互作用而成的。此说法是朴素的唯物主义自然观，用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说法为中国炼丹术的理论基础之一。

公元前4世纪，希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想，即为物质结构及其变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术，到了公元前2世纪的秦汉时代，炼丹术已颇为盛行，大致在公元7世纪传到阿拉伯国家，与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术、阿拉伯炼金术，并于中世纪传入欧洲，形成欧洲炼金术，后逐步演进为近代的化学。

与此同时，进一步分类研究了各种物质的性质，特别是相互反应的性能。这些都为近代化学的产生奠定了基础，许多器具和方法经过改进后，仍然在今天的化学实验中沿用。炼丹家在实验过程中发明了火药，发现了若干元素，制成了某些合金，还制出和提纯了许多化合物，这些成果我们至今仍在利用。化学的中兴

16世纪开始，欧洲工业生产蓬勃兴起，推动了医药化学和冶金化学的创立和发展，使炼金术转向生活和实际应用，继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后，通过对燃烧现象的精密实验研究，建立了科学的氧化理论和质量守恒定律，随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，为化学进一步科学的发展奠定了基础。

19世纪初，建立了近代原子论，突出地强调了各种元素的原子质量为其最基本的特征，其中量的概念的引入，是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释，成为说明化学现象的统一理论。分子假说提出后，建立了原子分子学说，为物质结构的研究奠定了基础。门捷列夫发现元素周期律后，不仅初步形成了无机化学的体系，并且与原子分子学说一起形成化学理论体系。

通过对矿物的分析，发现了许多新元素，加上对原子分子学说的实验验证，经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体，以及分子的不对称性等的发现，导致有机化学结构理论的建立，使人们对分子本质的认识更加深入，并奠定了有机化学的基础。

19世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生，把化学从理论上提高到一个新的水平。

随着近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用，对现代化学的发展起了很大的推动作用。化学巅峰

19世纪末，电子、X射线和放射性的元素发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。作为20世纪的时代标志，人类开始掌握和使用核能。放射化学和核化学等分支学科相继产生，并迅速发展；同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生。元素周期表扩充了，已有109号元素，并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”。与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作，都在不断补充和更新元素的观念。

合成各种物质，是化学研究的目的之一。在无机合成方面，首先合成的是氨。氨的合成不仅开创了无机合成工业，而且带动了催化化学，发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物。

20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展，许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决，一方面，合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物；另一方面，合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物。这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用；为合成有高度生物活性的物质，并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等，提供了有利的条件。当代化学概况

20世纪以来，化学发展的趋势可以归纳为：由宏观向微观、由定性向定量、由稳定态向亚稳定态发展，由经验逐渐上升到理论，再用于指导设计和开创新的研究。一方面，为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料；另一方面，在与其他自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科，并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。

根据当今化学学科的发展以及它与天文学、物理学、数学、生物学、医学、地学等学科相互渗透的情况，化学可作如下分类：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高分子化学、核化学、生物化学、表面化学。其他与化学有关的边缘学科还有地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、宇宙化学、星际化学等。

现在，化学日益渗透到生活的各个方面，特别是与人类社会发展密切相关的方面。总之，化学与人类的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等方面都有密切的联系，它是一门社会迫切需要的实用学科。物理学物理的定义“物理”一词最先出自希腊文ψυσικ，原意是指自然。古时欧洲人称物理学为“自然哲学”。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。汉语、日语中“物理”一词起自于明末清初科学家方以智的百科全书式著作《物理小识》。

在物理学的领域中，研究的是宇宙的基本组成要素：物质、能量、空间、时间及它们的相互作用；借由被分析的基本定律与法则来完整了解这个系统。物理在经典时代是由与它极相像的自然哲学的研究所组成，直到19世纪物理才从哲学中分离出来成为一门实证科学。对于物理学来说理论预言与现实是否一致是判定真理的唯一标准。

物理学的发展经过了三个漫长的阶段，根据它不同阶段的特点，大致可以分为物理学萌芽时期、经典物理学时期和现代物理学时期三个发展阶段。物理学的萌芽

在古代，由于生产水平的低下，人们对自然界的认识主要依靠不充分的观察和在此基础上进行的直觉的、思辨性猜测，来把握自然现象的一般性质，因而自然科学的知识基本上是属于现象的描述、经验的总结和思辨的猜测。那时，物理学知识是包括在统一的自然哲学之中的。在这个时期，首先得到较大发展的是与生产实践密切相关的力学，如静力学中的简单机械、杠杆原理、浮力定律等。在《墨经》中，有力的概念（“力，形之所以奋也”）的记述；光学方面，积累了关于光的直进、折射、反射、小孔成像、凹凸面镜等的知识。《墨经》上关于光学知识的记载就有八条。在古希腊欧几里得的（公元前450—前380年）著作中也有光的直线传播和反射定律的论述，并且对光的折射现象也作了一定的研究。电磁学方面，发现了摩擦起电、磁石吸铁等现象，并在此基础上发明了指南针。声学方面，由于音乐的发展和乐器的创造，积累了不少乐律、共鸣方面的知识。

在这个时期，观察和思辨虽然是人们认识自然的主要手段和方法，但也出现了一些类似于用实验来研究物理现象的方法。例如，我国宋代沈括在《梦溪笔谈》中的声共振实验和利用天然磁石进行人工磁化的实验，以及赵友钦在《革象新书》中的大型光学实验等都是典型的事例。

总之，从远古直到中世纪（欧洲通常把5世纪到15世纪叫做中世纪）末，由于生产的发展，虽然积累了不少物理知识，也为实验科学的产生准备了一些条件并做了一些实验，但是这些都还称不上系统的自然科学研究。在这个时期，物理学尚处在萌芽阶段。经典物理学的发展

15世纪末叶，资本主义生产关系的产生，促进了生产和技术的大发展；席卷西欧的文艺复兴运动，解放了人们的思想，激发起人们的探索精神。近代自然科学就在这种物质的和思想的历史条件下诞生了。系统的观察实验和严密的数学演绎相结合的研究方法被引进物理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。整个18世纪，物理学处在消化、积累、准备的渐进阶段。新的科学思想、方法和理论，得到了传播、完善和扩展。牛顿力学完成了解析化工作，建立了分析力学；光学、热学和静电学也完成了奠基性工作，成为物理学的几门基础学科。人们以力学的模型去认识各种物理现象，使机械论的自然观成为18世纪物理学的统治思想。到了19世纪，物理学获得了迅速和重要的发展，各个自然领域之间的联系和转化被普遍发现，新数学方法被广泛引进物理学，相继建立了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的、解析式的理论体系，使经典物理学臻于完善。现代物理学的概况

19世纪末叶物理学上一系列重大发现，使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的物理学理论呈现出高速发展的状况。研究对象由低速到高速，由宏观到微观，深入到广袤的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。相对论的量子力学的建立，克服了经典物理学的危机，完成了从经典物理学到现代物理学的转变，使物理学的理论基础发生了质的飞跃，改变了人们的物理世界图景。1927年以后，量子场论、原子核物理学、粒子物理学、天体物理学和现代宇宙学，得到了迅速的发展。物理学向其他学科领域的推进，产生了一系列物理学的新部门和边缘学科，并为现代科学技术提供了新思路和新方法。现代物理学的发展，引起了人们对物质、运动、空间、时间、因果乃至生命现象的认识的重大变化，对物理学理论的性质的认识也发生了重大变化。现在越来越多的事实表明，物理学在揭开微观和宏观深处的奥秘方面，正酝酿着新的重大突破。现代物理学的理论成果应用于实践，出现了像原子能、半导体、计算机、激光、宇航等许多新技术科学。这些新兴技术正有力地推动着新的科学技术革命，促进生产的发展。而随着生产和新技术的发展，又反过来有力地促进物理学的发展。

根据物理学的发展总结，物理学的分支有经典力学及理论力学。理论力学研究的是物体机械运动的基本规律。电磁学及电动力学研究的是电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律。热力学与统计物理学研究的是物质热运动的统计规律及其宏观表现。相对论和时空物理研究物体的高速运动效应，相关的动力学规律以及关于时空相对性的规律。量子力学研究的是微观物质运动现象以及基本运动规律。此外，还有粒子物理学、原子核物理学、原子分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理等。

物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。其次，物理又是一种智能。诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族！

地球学

地球科学是以地球系统（包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间）的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。主要包括地理学（含土壤学与遥感）、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学以及新的交叉学科（地球系统科学、地球信息科学）等分支学科。

地球科学是一个大题目，纵横几万里，上下数亿年，几乎辐射到自然科学的其他各个领域。对地球的认识同世界各民族的起源、历史、文化乃至这个世界文明的进展，都是紧密联系在一起的。地球科学分类地质学

地质学是对地球的起源、历史和结构进行研究的学科。主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈和岩石圈下更深的部位，以及某些地外物质。地球物理学

地球物理学是通过定量的物理方法研究地球的学科，特别是通过地震反应、折射、重力、地磁、电、电磁和放射能的方法。大气科学

大气科学研究大气的结构、组成、物理现象、化学反应、运动规律，是地球科学的一个分支。研究对象主要是地球以及太阳系其他行星的大气圈。海洋学

海洋学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及开发利用海洋的知识体系，是地球科学的组成部分。海洋学与物理学、化学、生物学、地质学以及大气科学、水文科学等密切相关。水文学

水文学属于地球科学，研究的是关于地球表面、土壤中、岩石下和大气中水的发生、循环、含量、分布、物理化学特性、影响以及与所有生物之间的关系的科学。气象学

气象学是把大气当做研究的客体，从定性和定量两方面来说明大气特征的学科，集中研究大气的天气情况和变化规律，以及对天气的预报。气象学是大气科学的一个分支。自然地理学

自然地理学是地理学两大分支之一，注重于研究自然环境的形式和活动。而相反的，对建成环境的研究则归属于人文地理学。在自然地理研究中，地球常按照不同的环境被分为几个圈层，如大气圈、生物圈、岩石圈、水圈等。对自然地理学的研究常常使用跨学科的研究方法以及系统思维。地形学

地貌学，又称地形学，是一门研究地球表面起伏形态、分布规律、物质结构、发展历史和开发利用的科学，是自然地理学的一个分支学科，也是地质学和地理学之间的一门边缘交叉学科。从语源来看，地貌学的英文Geomor-phology源自希腊语，由Geo（地球）、Morphe（外表形态）和Logos（论述）三词组成，即关于地球外表面貌的论述。土壤学

土壤学是研究土壤及其生成的学科，是土壤科学的分支。它对研究植物的生长、繁殖以至分布都起着重要影响。从农业角度来看，土壤是指陆地上能够让植物生长的疏松表层。矿物学

矿物学是运用物理学、化学方法等不同领域来研究矿物的物理、化学性质、晶体结构、自然分布和状态的一门科学。古生物学

古生物学是研究古地质时代中的生物及其发展的科学。对古代生物的形态、分类、生活方式、生存条件和地质史分布等进行研究。沉积学

沉积学是研究形成沉积地层的沉积作用、沉积过程及沉积物的地质学分支学科。沉积学是从沉积岩岩石学中的沉积作用部分发展、演化而来的，并形成了更广泛的研究内容和应用范围。它解释沉积地层的垂向和横向的关系，从多方面探讨沉积地层中构成地质记录的特征，作出成因分析，并使之上升为理论。大地测量学

大地测量学，根据德国大地测量学家F.R.Helmert的经典定义，它是一门量测和描绘地球表面的学科，也包括确定地球重力场和海底地形。环境科学

环境科学是一门研究环境的物理、化学、生物三个部分的学科。它提供了综合、定量和跨学科的方法来研究环境系统。由于大多数环境问题涉及人类活动，因此经济、法律和社会科学知识往往也可用于环境科学研究。地球化学

地球化学是一门属于地学和化学相互融合的边缘学科，主要研究化学元素和其同位素在地球（广义可包括部分天体）演化历史中的分布、分配、迁移等规律的科学。地球科学研究的意义

对于地球科学的研究者而言，地球作为人类共同的家园，在人类科技还未能真正找到新的适合人类居住的行星之前，所做的一切研究都是在监控和改造这唯一的生命之地，或者避免由于人类自身的原因断送这个宝贵的星球。如今随着经济和人口的双向增长，地球本身无私供给的资源是否足够人类的发展成为地球科学研究者至关重要的课题，有人提出疑问随着人口不断增长，多种资源日见匮乏，会不会坐吃山空？人类社会经济的发展是不是正在走向终结？

悲观者认为：1972年发表的研究报告《增长的极限》列举了人口、工业化的资金、粮食、不可再生资源和环境污染等五个方面的问题。结论是在一定的技术经济和自然条件下，社会经济的发展和资源的开发都是有极限的。由于这个报告是根据大量实际材料作出的论证，因而引起了强烈的反响，被学术界权威人士评价为是“一个里程碑”。

乐观者认为：1981年发表的研究成果《资源》一书提出，可供人类利用的资源是没有穷尽的，资源的相对劳动成本及价格均在不断降低，人类的生态环境必将好转，恶化只是工业化过程中的暂时现象，粮食在未来将不成问题，人口在未来将自然地达到平衡。西蒙（C.L.Simon）为乐观论的著名代表。

但无论观点如何，人类的历史本身就是由于可利用资源的稀缺而为此不断抗争开拓新资源的历史，在我们的科技未达到新的高度前，目前地球可提供的资源仍是稀缺的。如今人类已经站在了发展的十字路口。1972年6月，联合国首次在瑞典的斯德哥尔摩召开人类环境会议，会议的宣言指出，现已达到历史上这样一个时刻：为这一代和将来的世世代代保护和改善人类环境，已成为人类的一个紧迫目标。20年后的1992年，各国首脑又在巴西的里约热内卢集会，会议再次提出，保护环境是实现社会可持续发展的重要条件，而人类正处在关键的位置。如何维持人类的可持续发展成为地球科学研究者们日益紧迫的课题。

天文学

当您抬头仰望天空时，您知道那些闪闪发光的东西是什么吗？一些是行星，但多数为恒星，还有一些是巨大的星系，每个星系中都有成百上千亿颗恒星。天文学就是研究宇宙中的行星、恒星以及星系的科学。天文学家的任务就是解释我们在夜空中所看到的各种天体，他们还致力于了解其他一些东西，例如，恒星的年龄以及它们与地球之间的距离等。如今天文学主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置，探索它们的运动规律，研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。

天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体，记录天象算起，天文学的历史至少已经有五六千年了。天文学在人类早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。

天文学的研究范畴和天文的概念从古至今不断发展。在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达一千多年。直到16世纪，波兰天文学家哥白尼才提出了新的宇宙体系的理论——日心说。到了1610年，意大利天文学家伽利略独立制造折射望远镜，首次以望远镜看到了太阳黑子、月球和一些行星的表面及盈亏。在同时代，牛顿创立牛顿力学使天文学出现了一个新的分支学科——天体力学。天体力学诞生使天文学从单纯描述天体的几何关系和运动状况进入到研究天体之间的相互作用和造成天体运动的原因的新阶段，在天文学的发展历史上，是一次巨大的飞跃。

19世纪中叶天体摄影和分光技术的发明，使天文学家可以进一步深入地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律，从而更加深入到问题本质，从而也产生了一门新的分支学科——天体物理学。这是天文学的又一次重大飞跃。

20世纪50年代，射电望远镜开始应用。到了20世纪60年代，取得了称为“天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球的束缚，可到天空中观测天体。除可见光外，天体的紫外线、红外线、无线电波、X线、伽马射线等都能观测到。这些使得空间天文学得到巨大发展，也对现代天文学成就产生很大影响。随着人类社会的发展，天文学的研究对象从太阳系发展到整个宇宙。研究对象和领域

现在天文学按照研究方法的不同，已经形成了天体测量学、天体力学和天体物理学三大分支学科。按观测手段分类已形成光学天文学、射电天文学和空间天文学几个分支学科。

天文学的研究对象是各种天体。地球也是一个天体，因此作为一个整体的地球也是天文学的研究对象之一。最初，古人通过观察太阳、月球和天空中的星星来确定时间、方向和历法，并记录天象。随着天文学的发展，人类的探测范围到达了距地球约100亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为以下内容。

行星层次：包括行星系中的行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体，如小行星、彗星、流星体以及行星际物质等。太阳系是目前能够直接观测的唯一的行星系。但是宇宙中存在着无数像太阳系这样的行星系统。

恒星层次：现在人们已经观测到了亿万个恒星，太阳只是无数恒星中很普通的一颗。

星系层次：人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系，除了银河系以外，还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统，星系群、星系团和超星系团。

整个宇宙：一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现在的理解，总星系就是目前人类所能观测到的宇宙的范围，半径超过了100亿光年。

在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论，宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆炸中诞生的。然后宇宙不断地膨胀，温度不断地降低，产生各种基本粒子。随着宇宙温度进一步下降，物质由于引力作用开始塌缩，逐级成团。在宇宙年龄约10年时星系开始形成，并逐渐演化为今天的样子。天文学的研究方法与手段

天文学研究的对象有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。由于地球大气对紫外线辐射、X射线和伽马射线不透明，因此许多太空探测方法和手段相继出现，如气球、火箭、人造卫星和航天器等。天文学的理论常常由于观测信息的不足，天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。天文学的主要研究方法是观测，不断地创造和改良观测手段，也就成了天文学家们不懈努力的一个课题。

多年来，天文观测手段已从传统的光学观测扩展到了从射电、红外、紫外到X射线和γ射线的全部电磁波段。这导致一大批新天体和新天象的发现，例如，类星体、活动星系、脉冲星、微波背景辐射、星际分子、X射线双星、γ射线源等，使得天文研究空前繁荣和活跃。口径2米级的空间望远镜已经进入轨道开始工作。西班牙已经有了口径10.4米的加那利大型望远镜，凯克天文台于2013年3月18日正式迎来了20岁的生日，拥有两座世界上口径第二大的光学/近红外线望远镜，口径10米。射电方面的甚长基线干涉阵和空间甚长基线干涉仪，红外方面的空间外望远镜设施，X射线方面的高级X射线天文设施等不久都将问世。γ射线天文台已经投入工作。这些仪器的威力巨大，远远超过现有的天文设备。可以预料，这些天文仪器的投入使用必将为天文学注入新的生命力，使人们对宇宙的认识提高到一个新的水平，天文学正处在大飞跃的前夜。遵循着观测—理论—观测的发展途径，天文学将不断把人的视野伸展到宇宙的新的深处。

相关人物传记

莱昂哈德·欧拉（1707—1783），1707年出生在瑞士的巴塞尔城，18世纪最优秀的数学家。也是历史上最伟大的数学家之一，被称为“分析的化身”。莱昂哈德·欧拉小时候就特别喜欢数学，不满10岁就开始自学《代数学》。这本书连他的几位老师都没读过，可小欧拉却读得津津有味，遇到不懂的地方，就用笔作个记号，事后再向别人请教。13岁就进入巴塞尔大学读书，这在当时是个奇迹，曾轰动了数学界。小欧拉是这所大学，也是整个瑞士大学校园里年龄最小的学生。他在大学里得到当时最有名的数学家微积分权威约翰·伯努利（Johann Bernoulli，1667—1748）的精心指导，并逐渐与其建立了深厚的友谊。约翰·伯努利后来曾这样称赞这个青出于蓝而胜于蓝的学生：“我介绍高等分析时，它还是个孩子，而你将它带大成人。”两年后的夏天，欧拉获得巴塞尔大学的学士学位，次年，欧拉又获得巴塞尔大学的哲学硕士学位。1725年，欧拉开始了他的数学生涯。

1725年约翰·伯努利的儿子丹尼尔·伯努利赴俄国，并向沙皇喀德林一世推荐了欧拉，这样，在1727年5月17日欧拉来到了彼得堡。1733年，年仅26岁的欧拉担任了彼得堡科学院数学教授。1735年，欧拉解决了一个天文学的难题（计算彗星轨道），这个问题经几个著名数学家数个月的努力才得到解决，而欧拉却用自己发明的方法，三天便完成了。过度的工作使他得了眼病，并且不幸右眼失明了，这时他才28岁。1741年欧拉应普鲁士彼德烈大帝的邀请，到柏林担任科学院物理数学所所长，直到1766年。后来在沙皇喀德林二世的诚恳敦聘下重回彼得堡，不料没有多久，左眼视力衰退，最后完全失明。不幸的事情接踵而来，1771年彼得堡的大火灾殃及欧拉住宅，带病而失明的64岁的欧拉被围困在大火中，虽然他被别人从火海中救了出来，但他的书房和大量研究成果全部化为灰烬了。

沉重的打击，仍然没有使欧拉倒下，他发誓要把损失夺回来。欧拉完全失明以后，虽然生活在黑暗中，但仍然以惊人的毅力与黑暗搏斗，凭着记忆和心算进行研究，直到逝世，竟达17年之久。

欧拉的记忆力和心算能力是罕见的，他能够复述年青时代笔记的内容；心算并不限于简单的运算，高等数学里的计算一样可以用心算去完成。有一个例子足以证明他的本领，欧拉的两个学生把一个复杂的收敛级数的17项加起来，算到第50位数字，两人相差一个单位，欧拉为了确定究竟谁对，用心算进行全部运算，最后把错误找了出来。欧拉在失明的17年中还解决了使牛顿头痛的月离问题和很多复杂的分析问题。

欧拉的风格是很高的，拉格朗日是稍后于欧拉的大数学家，从19岁起和欧拉通信，讨论等周问题的一般解法，这引起变分法的诞生。等周问题是欧拉多年来苦心考虑的问题，拉格朗日的解法，博得欧拉的热烈赞扬。1759年10月2日欧拉在回信中盛赞拉格朗日的成就，并谦虚地压下自己在这方面较不成熟的作品暂不发表，使年轻的拉格朗日的作品得以发表和流传，并赢得巨大的声誉。他晚年的时候，欧洲所有的数学家都把他当做老师，著名数学家拉普拉斯（Laplace）曾说过：“读读欧拉、读读欧拉，它是我们大家的老师！”1783年9月18日的下午，欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功，请朋友们吃饭，那时天王星刚发现不久，欧拉写出了计算天王星轨道的要领，还和他的孙子逗笑，喝完茶后，突然疾病发作，烟斗从手中落下，口里喃喃地说：“我要死了。”欧拉终于“停止了生命和计算”。

在兴奋中突然停止了呼吸的欧拉，享年76岁。欧拉生活、工作过的三个国家：瑞士、俄国、德国，都把欧拉作为自己的数学家，为有他而感到骄傲。无机化学史的巨匠——门捷列夫

季米特里·门捷列夫（1834—1907），生在西伯利亚。他从小热爱劳动，喜爱大自然，学习勤奋。门捷列夫生于有17个子女的中学校长家庭，他排行14。出生刚数月，父亲双目突然失明，接着又丢掉了校长的职务。微薄的退休金难以维持生计，全家搬进附近一个村子里，因为舅舅在那里经营一个小型玻璃厂。工人们熔炼和加工玻璃的场景，对他以后从事与烧杯、烧瓶打交道的化学研究产生很大影响。1841年秋，不满七周岁的门捷列夫和十几岁的哥哥一起考进市中学，在当地轰动一时。不幸总爱跟随贫苦人家。门捷列夫13岁时父亲去世，14岁时工厂遭火灾化为灰烬，母亲只好再次搬家，将成年的女儿们嫁出去，让两个儿子参加工作。1849年春，门捷列夫中学毕业，母亲变卖家产，一心想让小儿子上大学。在父亲的一位朋友的帮助下，门捷列夫进入彼得堡师范学院物理系。只过了一年，就成为优等生。紧张学习之余，还撰写科学简评得到少量稿费。这时他已经失去任何经济支持：舅舅和母亲相继去世。1854年，他大学毕业并荣获学院的金质奖章，23岁成为副教授，31岁成为教授。

1860年门捷列夫在为著作《化学原理》一书考虑写作计划时，深为无机化学的缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问题的长期实践和认识活动，为他提供了丰富的材料。他在研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金属如铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀，正因为如此它们被称为贵金属。

于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他发现了元素化学性质的规律性。

因此，当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单，轻松地说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的，门捷列夫却认真地回答说，从他立志从事这项探索工作起，一直花了大约20年的工夫，才终于在1869年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。此外，因为他具有很大的勇气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛的承认。

1907年1月27日，俄国首都彼得堡寒风凛冽，太阳黯淡无光，寒暑表上的水银柱降到-20℃多，街上到处点着蒙有黑纱的灯笼，显出一派悲哀的气氛。几万人的送葬队伍在街上缓缓移动着，在队伍最前头，既不是花圈，也不是遗像，而是由十几个青年学生扛着的一块大木牌，上面画着好多方格，方格里写着“C”“O”“Fe”“Zn”等元素符号。原来，死者是著名的俄国化学家门捷列夫，木牌上画着好多方格的表是化学元素周期表——门捷列夫对化学的主要贡献。他的名著伴随着元素周期律而诞生的《化学原理》，在19世纪后期和20世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。电子世界的掌门人——洛伦兹

洛伦兹（1853—1928），荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里，但却是一个自由思想家。

1870年洛伦兹考入莱顿大学，学习数学、物理和天文。1875年获博士学位。1877年，莱顿大学聘请他为理论物理学教授，这个职位最早是为J.D.范瓦耳斯设的，其学术地位很高，而这时洛伦兹年仅23岁。在莱顿大学任教35年，他对物理学的贡献都是在这期间做出的。1911～1927年担任索尔维物理学会议的固定主席。在国际物理学界的各种集会上，他经常是一位很受欢迎的主持人。1923年成为国际科学协作联盟委员会主席。他还是世界上许多科学院的外国院士和科学学会的外国会员。

洛伦兹还是一位教育家，他在莱顿大学从事普通物理和理论物理教学多年，写过微积分和普通物理等教科书。在哈勒姆他曾致力于通俗物理讲演。他一生中花了很大一部分时间和精力审查别人的理论并给予帮助。他为人热诚、谦虚，受到爱因斯坦、薛定谔和其他青年一代理论物理学家们的尊敬，他们多次到莱顿大学向他请教，爱因斯坦曾说过，他一生中受洛伦兹的影响最大。洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世，终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人，举行葬礼的那天，荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。

第二章　生物与环境

生物进化

地球上最初并没有生命。那么，最初的生命是怎样出现的呢？生命的起源大约在46亿年前，地球刚刚形成。那时候地球的温度很高，地面上的环境与现在完全不同：天空中赤日炎炎，电闪雷鸣，地面上火山喷发，熔岩横溢。从火山喷出的气体，如水蒸气、氨、甲烷等，构成了原始的大气层。与现在的大气成分明显不同的是：当时的大气中没有游离的氧。这些气体在高温、紫外线以及雷电等自然条件下的长期作用下，形成了许多简单的有机物。后来，地球的温度逐渐降低，原始大气中的水蒸气凝结成雨降落到地面上，这些有机物又随着雨水进入湖泊和河流，最终汇集到原始的海洋中。原始的海洋就像一盆稀薄的热汤，其中所含的有机物不断地相互作用，经过极其漫长的岁月，逐渐形成了原始的生命。所以，原始的海洋是生命的摇篮。目前，地球上已知的生物在200万种左右，而且陆续有新物种发现。在漫长的岁月中，这些生物是怎样由低等到高等进化而来的呢？

原始生命诞生以后，经过长期的自然选择，逐步进化成为原始的原核生物。人们在30多亿年前的地层中，就已经发现了细菌化石。

这些原始的细菌以周围环境中的有机物为养料，进行无氧呼吸，属于厌氧的异养生物。经过若干亿年以后，异养细菌消耗掉了早期地球上的大部分有机物。在这种情况下，它们经过突变和自然选择逐步分化出了自养型的生物。这些生物可能是蓝藻类的原核生物。自养生物能够利用太阳光能，以无机物为原料合成有机物，并放出氧。一些学者根据地质方面的证据，推断蓝藻在20亿年前已经非常兴旺，那时大气中的氧含量达到了现在大气的1%。大气氧含量的增多，又为需氧型生物的产生创造了条件。需氧型生物通过有氧呼吸能够将有机物彻底氧化分解，释放出较多的能量供生物进行生命活动。因此，与厌氧型生物相比，需氧型生物的新陈代谢效率明显提高。

大约在距今十多亿年以前，地球上出现了真核生物。真核生物的出现在生物进化历史上具有重要意义。这主要表现在以下两个方面：第一，与原核细胞相比，真核细胞的结构和功能要复杂得多；第二，真核细胞在增殖时，是进行有丝分裂，而有性生殖过程中的减数分裂，实质上是一种特殊方式的有丝分裂，所以说，有丝分裂为有性生殖的产生奠定了基础。生物体通过有性生殖，实现了基因的重组，这就增强了生物的变异性，直接推动了生物的进化。有关的化石资料表明，在地球上出现了进行有性生殖的生物以后，生物进化的步伐大大加快了。在现存的生物中，绝大多数都是进行有性生殖的。随着真核生物的出现，动植物开始分化和发展。动物的出现，形成了一个新的三极生态系统。绿色植物（真核植物和原核蓝藻）通过光合作用制造食物，是自然界的生产者；细菌和真菌是自然界的分解者；动物是自然界的消费者。动植物的进化

植物进化的历程大致是：生活在海洋中的原始藻类，经过极其漫长的年代，逐渐进化成为适应陆地生活的原始苔藓植物和蕨类植物，使原来的不毛之地开始披上绿装。但是，它们的生殖还都需要有水的环境，后来，一部分原始的蕨类植物进化成为原始的种子植物，包括原始的裸子植物和被子植物，它们的生殖完全脱离了水的限制，更加适应陆地生活。

动物进化的历程大致是：生活在海洋中的原始单细胞动物，经过极其漫长的年代，逐渐进化成为种类繁多的原始无脊椎动物，包括腔肠动物、扁形动物、线形动物、软体动物和环节动物等，这几类动物的结构越来越复杂，但是，它们大都需要生活在有水的环境中。后来发展到了原始的节肢动物，它们有外骨骼和分节的足，比如昆虫等，对陆地环境的适应能力较强，脱离了水生环境。

地球上最早出现的脊椎动物是古代的鱼类。经过数万年的进化，某些鱼类进化成为原始的两栖类，某些两栖类进化成原始的爬行类，爬行动物是第一批真正摆脱对水的依赖而真正征服陆地的脊椎动物，可以适应各种不同的陆地生活环境。爬行动物也是统治陆地时间最长的动物，其主宰地球的中生代也是整个地球生物史上最引人注目的时代，那个时代，爬行动物不仅是陆地上的绝对统治者，还统治着海洋和天空，地球上没有任何一类其他生物有过如此辉煌的历史。大多数爬行动物的类群已经灭绝，只有少数幸存下来，某些爬行类又进化成为原始的鸟类和哺乳类。各类动物的结构逐渐变得复杂，生活环境逐渐由水中到陆地，最终完全适应陆上生活。总之，生物的进化历程可以概括为：由简单到复杂，由低等到高等，由水生到陆生。人类的诞生

人类又是从哪里来的？我们知道，人体具有体温恒定、胎生、哺乳等哺乳动物的基本特征，这说明人类与哺乳动物有着较近的亲缘关系。而在哺乳动物中，类人猿与人类的亲缘关系要算是最近的了。例如，类人猿中的黑猩猩，无论是在血型、骨骼、内脏器官的结构和功能上，还是在面部表情和行为上，都与人类很相似。此外，人类学家的研究也充分证明了人类和类人猿是近亲，二者有着共同的原始祖先。

原来，人类和类人猿都起源于森林古猿。最初，森林古猿在茂密的森林里过着树上生活。后来，地球上的一些地区，气候变得干燥了，森林减少了。在这些地区生活的森林古猿被迫下到地面上来寻找食物，经过漫长的年代，它们就逐渐进化成现代的人类。那么，其他地区的森林古猿呢？它们仍然生活在森林里，伴随着时间的推移，有的灭绝了，有的就逐渐进化成了现在的类人猿。下到地面上生活的那部分森林古猿，逐渐能够直立行走，而前肢则能够用树枝、石块等来获取食物、防御敌害。在运用这些天然工具的过程中，它们逐渐学会了制造简单的工具。久而久之，人类祖先的双手变得越来越灵巧，大脑也越来越发达。在这个过程中，它们还产生了语言和意识，逐渐形成了社会。人类文明的出现，也是古猿逐步进化成人的标志之一。

生态环境

生态环境就是“由生态关系组成的环境”的简称，是指与人类密切相关的，影响人类生活和生产活动的各种自然（包括人工干预下形成的第二自然）力量（物质和能量）或作用的总和。生态平衡是动态的平衡。一旦受到自然和人为因素的干扰，超过了生态系统自我调节能力而不能恢复到原来比较稳定的状态时，生态系统的结构和功能遭到破坏，物质和能量输出输入不能平衡，造成系统成分缺损（如生物多样性减少等），结构变化（如动物种群的突增或突减、食物链的改变等），能量流动受阻，物质循环中断，一般称为生态失调，严重的就是生态灾难。生态环境破坏对人类生存影响很大。它的主要形式有土壤退化、水土流失、土地荒漠化、土地盐碱化、臭氧层破坏、酸雨等类型。生态破坏温室效应——地球发烧之谜

温室效应是指二氧化碳、一氧化二氮、甲烷、氟利昂等温室气体大量排向大气层，使全球气温升高的现象。目前，全球每年向大气中排放的二氧化碳大约为230亿吨。比20世纪初增加20%。至今仍以每年0.5%的速度递增，这必将导致全球气温变暖、生态系统破坏以及海平面上升。据有关数据统计预测，到2030年全球海平面上升约20厘米，到本世纪末将上升65厘米，严重威胁到低洼的岛屿和沿海地带。臭氧层破坏——女娲后代需补天

臭氧层是高空大气中臭氧浓度较高的气层，它能阻碍过多的太阳紫外线照射到地球表面，有效地保护地面一切生物的正常生长。臭氧层的破坏主要是现代生活大量使用的化学物质氟利昂进入平流层，在紫外线作用下分解产生的原子氯通过连锁反应而实现的。最近研究表明，南极上空15～20千米间的低平流层中臭氧含量已减少了40%～50%，在某些高度，臭氧的损失可能高达95%。北极的平流层中也发生了臭氧损耗。臭氧层的破坏将会增加紫外线β波的辐射强度。据资料统计分析，臭氧浓度降低1%，皮肤癌增加4%，白内障发生则增加0.6%。到21世纪初，地球中部上空的臭氧层已减少了5%～10%，使皮肤癌患者人数增加了26%。土地退化和沙漠化——孕育沙漠的温床

土地退化和沙漠化是因为过度放牧、耕作、滥垦滥伐等人为因素和一系列自然因素的共同作用，最终导致土地质量下降并逐步沙漠化的过程。全球土地面积的15%已因人类活动而遭到不同程度的退化。土地退化中，水侵蚀占55.7%，风侵蚀占28%，化学现象（盐化、液化、污染）占12.1%，物理现象（水涝、沉陷）占4.2%。土壤侵蚀年平均速度为每公顷0.5～2吨。全球每年损失灌溉地150万公顷。70%的农用干旱地和半干旱地已沙漠化，最为严重的是北美洲、非洲、南美洲和亚洲。在过去的20年里，因土地退化和沙漠化，使全世界饥饿的难民由4.6亿增加到5.5亿人。废物质污染及转移——工业文明的后遗症

废物质污染及转移是指工业生产和居民生活向自然界或向他国排放的废气、废液、固体废物等，严重污染空气、河流、湖泊、海洋和陆地环境以及危害人类健康的问题。目前，市场中有7万～8万种化学产品，其中对人体健康和生态系统有危害的约有3.5万种，具有致癌、致畸的种类有500余种。据研究证实，一节一号电池能污染60升水，能使十平方米的土地失去使用价值，其污染可持续20年之久。塑料袋在自然状态下能存在450年之久。当代“空中死神”——酸雨，其对森林土壤、湖泊及各种建筑物的影响和侵蚀已得到公认。有害废物的转移常常会演变成国际交往的政治事件。发达国家非法向海洋和发展中国家倾倒危险废物，致使发展中国家蒙受巨大危害，直接导致接受地的环境污染，影响居民的健康。森林面积减少——地球之肺溃疡

森林被誉为“地球之肺”“大自然的总调度室”，对环境具有重大的调节功能。因发达国家广泛进口和发展中国家开荒、采伐、放牧，使得森林面积大幅度减少。据绿色和平组织估计，100年来，全世界的原始森林有80%遭到破坏。另据联合国粮农组织最新报告显示，如果用陆地总面积来算，地球的森林覆盖率仅为26.6%。森林减少导致土壤流失、水灾频繁、全球变暖、物种消失等。一味向地球索取的人类，已将生存的地球推到了一个十分危险的境地。生物多样性减少——人类将患“孤独症”

生物多种性减少是指包括动植物和微生物的所有生物物种，由于生态环境的丧失，对资源的过分开发，环境污染和引进外来物种等原因，使这些物种不断消失的现象。据估计，地球上的物种约有3000万种。自1600年以来，已有724个物种灭绝，目前已有3956个物种濒临灭绝，3647个物种为濒危物种，7240个物种为稀有物种。仅1975—2000年短短的25年就有50-100万种物种消亡。生物多样性的存在对物种进化以及保护生物圈的平衡具有不可替代的作用。核污染——摆脱不掉的阴影

核污染是指由于各种原因产生核泄漏甚至核爆炸而引起的放射性污染。其危害范围大，对周围生物破坏极为严重，持续时期长，事后处理危险复杂。如1986年4月，苏联切尔诺贝利核电站发生核泄漏事故，13万人被疏散，经济损失达150亿美元。

人口爆炸，已使地球不堪重负；环境污染，已使其伤痕累累；生态失衡，已使她失去了昔日的辉煌；物种灭绝危及整个生物圈。面对无穷无尽的污染，河流在悲泣，泉水在呻吟，海水在怒号。森林匿迹，溪流绝唱，草原退化，流沙尘扬。我们的地球，正超负荷运转；我们的家园，正走向衰亡，人类的警钟，是我们自己把她敲响。挽救自然，挽救生态，挽救环境，挽救地球已刻不容缓。否则，人类的末日将是自己酿造的一杯毒酒。

生命现象

海龟早在二亿多年前就出现在地球上了，是有名的“活化石”。据《世界吉尼斯纪录大全》记载，海龟的寿命最长可达152年，是动物中当之无愧的老寿星。

正因为龟是海洋中的长寿动物，所以，沿海人将龟视为长寿的吉祥物，就像内地人把松鹤作为长寿的象征一样，并有“万年龟”之说。贝类之王

在贝类这个大家族中，谁的个头最大？海洋动物学家可以告诉你，砗磲的个头最大。砗磲属双壳纲。人们在太平洋的热带海域发现的大砗磲，壳的直径超过二米，体重达2000千克以上。据说，在早期的海洋考察中，发现的砗磲更大。

砗磲生活在热带珊瑚礁海域，喜欢栖息于低潮线附近的珊瑚礁岩中。幼体时，亮顶伸出强有力的足丝，牢固地黏着在海底岩礁上。因此，一旦幼体黏到了岩礁上，便终生不移位。有的砗磲则在珊瑚礁上穿洞穴居，把自己的身体埋在珊瑚礁之中。

砗磲的食物是海水中微小的浮游生物。潮涨潮落，海水流动，便把热带海域中各种浮游生物“送到”砗磲的嘴边，砗磲只需张开嘴，吸收海洋中的营养。每当砗磲吃饱了，需要阳光时，砗磲便张开双壳，伸出五颜六色的外套膜，像一件极不规则的印有彩色图案的纱巾，在海水中荡来荡去。美丽极了。

砗磲就是通过这种方法获得阳光、获得水中的氧及各种营养，使自己的身体不断生长。有时，大砗磲壳内也能长出珍珠，而且个头不小，且寿命长。根据砗磲壳上的“年轮”计算，砗磲的寿命长达上百年。

砗磲的闭壳肌肥大，而且营养丰富。当地渔民将采来的砗磲“肉”制成干制品——蚵筋，是南亚一些国家餐桌上的名菜佳菜。砗磲壳可以烧石灰，是工艺品的重要原料，因此，近些年来，人们过量采集砗磲，使其资源遭到破坏。在1983年，国际上已把砗磲列为世界稀有物种，加以保护。

砗磲的分布并不广泛，其主要生活区域在印度洋、太平洋的热带珊瑚礁海域。在我国的台湾附近海域、南海海域，特别是西沙、南沙及南海其他岛屿的珊瑚海域都有分布。因其数量有限，所以颇具增值空间。

砗磲一名始于东汉时代，因其纹理很像车轮的形状，故称之为砗磲。砗磲、珊瑚、珍珠、琥珀被列为西方四大有机宝石，砗磲的纯白度被列为世界之最。砗磲经过千百年孕育生长，所散发出的磁场能量非常强大，具有使佩戴者增进身心的调和，启发自在的智慧，摧破烦恼的功能。自古在清朝二品官上朝时戴的朝珠由砗磲穿制而成；在西藏以及各地的佛教高僧手持砗磲穿制的念珠。砗磲洁白庄严，祥瑞吉祥，具有辟邪保平安，消灾解厄，消除聚灵、改变风水，供佛灵修，属佛学上的密宝。在《本草纲目》上记录砗磲有镇心、安神等功效，经长期佩戴具有不可思议的神奇力量和感应，如增强免疫力、防止老化、稳定心律、改善失眠等效果。最懒的鱼

印鱼又称吸盘鱼，是硬骨鱼纲、鲈目、印鱼科的鱼类。

印鱼主要分布于热带海域，借头顶的吸盘构造，经常贴附在大型鱼类身上四处遨游，是一种喜欢搭便车的特殊鱼类；形状像橡皮章的吸盘，是由第一背鳍特化形成的，鳍条由盘中央向两侧分裂，呈羽状排列，整个吸盘自上颚延长到胸鳍上方。

印鱼体形为一个细长的纺锤，最大的长印鱼，体长1米左右。印鱼通常吸附在鲨鱼等大鱼的身上，海龟、海豚或船壁上也是它栖息的地方，小印鱼比较喜欢吸附在剑鱼或鲔鱼身上。

被印鱼吸附的鱼，无法摆脱印鱼；印鱼自己想离开时，只要向前游动就可脱离大鱼，这种附在其他鱼身上的行为，鱼类学家认为是一种相互有利的共生行为，印鱼为了行动方便而搭便车，它也帮被吸附的鱼清除身上的寄生虫。

大西洋中的印鱼，在6月、7月产卵，地中海的印鱼在8月、9月产卵，小鱼孵化后，长到3.8厘米时，就可以利用吸盘吸附在其他物体表面。印鱼在搭便车途中，发现有可以吃的小鱼，就会游离被吸附的大鱼，自己设法摄食。

热带地区的土著人，有时候会利用印鱼的吸盘钓海龟，把绳子绑在印鱼身上，然后抛到海里，等印鱼吸附到海龟背上时，只要把绳子收上来，就可以钓到海龟。

比较常见的印鱼有长印鱼、白短印鱼和短鳍印鱼，菱印鱼、短印鱼和澳洲印鱼就比较少见了。

我国南海也有它的踪迹。印鱼有两个背鳍，第一只背鳍已经演变为一个椭圆形的吸盘。这个吸盘很奇特，它长在印鱼的头顶上，吸盘的中间有一条纵线。纵线把吸盘分成左右两个部分。每一边都有22～24对排列整齐的软骨板。吸盘的周边有一圈薄而有弹性的皮膜。这样，印鱼就可以附着在鲨鱼、海龟甚至轮船的腹面，做长途旅行了。印鱼是如何吸附在海龟和鲨鱼身上的呢？原来，每当印鱼看到大海龟和大鲨鱼路过身边时，就立刻游上前去。把身体紧紧地贴在它们的身上。然后，立即将皮膜和软骨板竖起来。这样吸盘中的水就被挤出去了。这时，吸盘中成为一个真空的部分。靠着吸盘外部海水的巨大压力，印鱼就牢牢地固定住了。有人曾经测定过，一条60厘米的印鱼，竟然经得起10千克的拉力。

渔民们知道印鱼的这一习性，就利用这一特点为自己服务。他们在捉到的印鱼尾鳍上打孔，用尼龙绳穿透，系牢，然后把它放回海里。一旦印鱼遇到大海龟，就会吸附上去。这时渔民就会毫不费力地捉到猎物。一般的，只要放出两到三只印鱼，就会捕获一只大海龟。科学家们从印鱼吸盘的原理受到启发，设计了一种打捞沉船的“人造吸盘”。在打捞沉船时，只要将“人造吸盘”贴在打捞物品上，然后用起重机将沉船提出水面。飞得最远的鱼

在我国南海和东海上航行的人们，经常能看到这样的情景：深蓝色的海面上，突然跃出了成群的“小飞机”，它们犹如群鸟一般掠过海空，高一阵，低一阵，翱翔竞飞，景象十分壮观。有时候，它们在飞行时竟会落到汽艇或轮船的甲板上面，使船员坐收渔利。这种像鸟儿一样会飞的鱼，就是海洋上闻名遐迩的飞鱼。这是一种中小型鱼类，因为它会“飞”，所以人们都叫它飞鱼。飞鱼生活在热带、亚热带和温带海洋里，在太平洋、大西洋、印度洋及地中海都可以见到它们飞翔的身姿。

飞鱼是个大家族，系鳐目飞鱼科统称，我国产的飞鱼有弓头燕鳐、尖头燕鳐等6种。飞鱼的长相很奇特，身体近于圆筒形，它虽然没有昆虫那样善于飞行的翅膀，也没有鸟类那样搏击长空的双翼，可是它们有非常发达的胸鳍，长度相当于身体的2/3，看上去有点像鸟的翅膀，并向后伸展到尾部。腹鳍也比较大，可以作为辅助滑翔用。它的尾鳍呈叉形，在蓝色的海面上扑浪前进、时隐时现的情景，很是逗人喜爱。

飞鱼为什么能像海鸟那样在海面上飞行呢？说得确切些，飞鱼的“飞行”其实只是一种滑翔而已。科学家们用摄影机揭示了飞鱼“飞行”的秘密，结果发现，飞鱼实际上是利用它的“飞行器”——尾巴猛拨海水起飞的，而不是像过去人们所想象的那样，是靠振动它那长而宽大的胸鳍来飞行。飞鱼在出水之前，先在水面下调整角度快速游动，快接近海面时，将胸鳍和腹鳍紧贴在身体的两侧，这时很像一艘潜水艇，然后用强有力的尾鳍左右急剧摆动，划出一条锯齿形的曲折水痕，使其产生一股强大的冲力，促使鱼体像箭一样突然破水而出，起飞速度竟超过18米/秒。飞出水面时，飞鱼立即张开又长又宽的胸鳍，迎着海面上吹来的风以大约15米/秒的速度作滑翔飞行。当风力适当的时候，飞鱼能在离水面4～5米的空中飞行200～400米，是世界上飞得最远的鱼。有人曾在热带大西洋测得飞鱼最好的飞翔记录：飞行时间90秒，飞行高度10.97米，飞行距离1109.5米。

当飞鱼返回水中时，如果需要重新起飞，它就利用全身尚未入水之时，再用尾部拍打海浪，以便增加滑翔力量，重新跃出水面，继续短暂的滑翔飞行。显而易见，飞鱼的“翅膀”其实并没有扇动，而只是靠尾部的推动力在空中作短暂的“飞行”。有人曾做过这样的试验，将飞鱼的尾鳍剪去，再放回海里，由于它没有像鸟类那样发达的胸肌，不能扇动“翅膀”，所以断尾鳍的飞鱼再也不能腾空而起了。

位于加勒比海东端的珊瑚岛国巴巴多斯，以盛产飞鱼而闻名于世。这里的飞鱼种类近100种，小的飞鱼不过手掌大，大的有2米多长。据当地人说，大飞鱼能跃出水面约400米高，最远可以在空中一口气滑翔3000多米。显然这种说法太夸张了。

但飞鱼的确是巴巴多斯的特产，也是这个美丽岛国的象征，许多娱乐场所和旅游设施都是以“飞鱼”命名的，用飞鱼做成的菜肴则是巴巴多斯的名菜之一。站在海滩上放眼眺望，一条条梭子形的飞鱼破浪而出，在海面上穿梭交织，迎着雪白的浪花腾空飞翔。繁花似锦的“抛物线”，仿佛像美丽的喷泉令人目不暇接。瞬息万变的图景美丽壮观，令人久久难忘。游客们在此不仅能观赏到“飞鱼击浪”的奇观，还可以获得一枚制作精致的飞鱼纪念章。巴巴多斯因而获得了“飞鱼岛国”的雅号。

飞鱼为什么要“飞行”？海洋生物学家认为，飞鱼的飞翔，大多是为了逃避金枪鱼、剑鱼等大型鱼类的追逐，或是由于船只靠近受惊而飞。海洋鱼类的大家庭并不总是平静的，飞鱼是生活在海洋上层的中小型鱼类，是鲨鱼、鲜花鳅、金枪鱼、剑鱼等凶猛鱼类争相捕食的对象。飞鱼在长期生存竞争中，形成了一种十分巧妙的逃避敌害的技能：跃水飞翔，可以暂时离开危险的海域。因此，飞鱼并不轻易跃出水面，只有遭到敌害攻击时，或受到轮船引擎震荡声的刺激时，才施展出这种本领来。但有时候，飞鱼由于兴奋或生殖等原因也会跃出水面，有时候飞鱼则会无缘无故地起飞。

当然，飞鱼这种特殊的自卫方法并不是绝对可靠的。在海上飞行的飞鱼尽管逃脱了海中之敌的袭击，但也常常成为海面上守株待兔的海鸟，如“军舰鸟”的“口中食”。

飞鱼就是这样一会儿跃出水面，一会儿钻入海中，用这种办法来逃避海里或空中的敌害。飞鱼具有趋光性，夜晚若在船甲板上挂一盏灯，成群的飞鱼就会寻光而来，自投罗网撞到甲板上。它的肉也特别鲜美，肉质鲜嫩，是上等菜肴。寿命最长与最短的鱼

论鱼的寿命，狗鱼最长寿，可活200多年，堪称鱼中“老寿星”。狗鱼体细长，稍侧扁，尾柄短小。头尖，吻部特别长而扁平，似鸭嘴。口裂极宽大，口角向后延长可达头长的一半。齿发达，上下颌、犁骨、筛骨和舌上均具有大小不一致的锥形锐齿。它的牙齿与众不同，上颚齿可以伸出来并有韧带连着，这种锋利的牙齿可以把捕捉到的动物吃掉，有时也把吃不完的食物挂在牙齿上，留着备用。

狗鱼的鳞细小，侧线不明显。背鳍位置较后，接近尾鳍，与臀鳍相对，胸鳍和腹鳍较小。背部和体侧灰绿色或绿褐色，散布着许多黑色斑点，腹部灰白色，背鳍、臀鳍、尾鳍也有许多小黑斑点，其余为灰白色。

狗鱼身体修长，可达1米以上。吻很突出，尾鳍分叉。口生犬牙，性凶猛，吞食其他鱼类和水生动物。这种鱼属于冷水性鱼类，分布在北半球寒冷地区。狗鱼寿命长，与它生活在寒冷地区有一定的关系。现存有8种狗鱼，我国只有一种，分布在黑龙江、松花江和乌苏里江等地。此鱼的肉非常鲜美，是人们喜爱的食品。

与此相反，寿命最短的鱼是佛泽瑞尾锵鱼。在非洲有一种叫佛泽瑞尾鳉鱼的卵生鳉鱼，它是世界上生命最短暂的脊椎鱼类。科学家研究发现这种5厘米长的卵生鳉鱼从出生到发育成熟，交配排卵，直至死亡，只有大约6个星期的生命历程。佛泽瑞尾鳉鱼这种生命短暂的特性，在相关的鱼类和其他脊椎动物中具有很大的研究价值。

这种卵生锵鱼生活在非洲近赤道热带雨林的短暂雨季地区，在这些地区雨季会形成许多泥泞积水的池塘。这些池塘就是佛泽瑞尾鳉鱼最好的栖息地。它们在池塘中交配并将鱼卵排入泥泞的池塘底部。在短短的几个星期内，它们生命历程就结束了。但是，新的生命又会在这里诞生。负责这项研究的是意大利国家研究理事协会神经病理学专家塞勒瑞那和意大利鳉科鱼类研究所瓦迪萨利西教授，他们指出：“在佛泽瑞尾锵鱼短暂的一生中，要排卵3次，繁殖出100多条鳉鱼。通过研究观察，它们生长至完全成熟只需4个星期左右，然而在成熟后的两个星期就要面临生命的终结。”

美国威斯康星大学生物研究中心凯姆尼特教授称，该项研究具有很大的价值，这种短暂而成熟的生理特性可以用于今后更多的生物科研中。负责此项研究的塞勒瑞那博士表示，佛泽瑞尾锵鱼将可以更好地用于促进发育和防止衰老的产品研制。最可怕的昆虫

据统计，世界上每年有2亿人患疟疾，其中至少有500万人因此死亡。那究竟谁是罪魁祸首呢？答案就是蚊子。世界上一共有400多种蚊子。其中有80多种能传染疟疾。雌蚊子在叮咬你的皮肤，吮吸你的血液的时候，同时吐出带有可怕寄生虫的唾液。科学家认为，自石器时代起，因病死亡的半数是因为蚊子。

一般蚊子每年4月开始出现，至8月中下旬达到活动高峰。秋天气候变冷温度降到10℃以下时，蚊子就会停止繁殖，不食不动进入冬眠，直到第二年春天激醒后又出来害人。最适宜蚊子的温度是30℃左右，太高了它们也受不了。蚊子的生存繁殖环境必须有水，因此地面积水、洼地浅坑、污水、臭水沟、容器存水、花盆积水、下水道、地沟、有水的盆盆罐罐等都是蚊子栖身之地。家庭中有存水的瓶瓶罐罐、天井、雨棚、下水管道、地漏等处，都有可能养蚊子，成为蚊子繁殖处。

蚊子很喜欢有水的地方，如小溪、稻田、河流、水坑、湿地等有水的地方，蚊子在水边能够保持幼虫生长发育增大种群数量，并能够维持蚊子所需的能量。湿地植被是蚊子种群的食物源，也为蚊子提供了理想的避难所。

蚊子对二氧化碳、热、潮湿空气极为敏感。它的发育为完全变态及经四期，即卵、幼虫、蛹及成虫。通常只有雌蚊才吸血，雄蚊以植物汁液为食粮。有些蚊种嗜吸人血，而有些则嗜吸动物血。

蚊子产卵时，大多数的雌蚊在产卵前都必须吸一次血，以供卵的发育。孳生地一般可分为永久或半永久性的积水、流动的水，暂时性的孳生地包括各种积水容器等。一般来说，雄蚊只能生存一周，雌蚊能活2～3星期。

常见的蚊子传播的疾病：疟疾是通过带有疟原虫的蚊子吸吮人血而侵入人体。登革热是通过带有登革热病毒的蚊子吸吮人血而侵入人体，登革热病毒可从卵传给蚊的下一代。流行性乙型脑炎它是由乙脑病毒引起、经蚊子传播的人畜共患的中枢神经系统急性传染病。

蚊子可传播多种疾病，那么，蚊虫叮咬是否也同样可传播艾滋病呢？其实，尽管蚊子的长嘴巴犹如一支注射器，但蚊子是不可能成为艾滋病的传播媒介的。美国疾病控制中心经研究后对这个问题有过明确的报道。

蚊子传播疾病，大致有两种传播方式：生物性传播和机械性传播。所谓生物性传播，是指病原体在蚊子体内经历了发育、增殖的阶段，再传染给人。如乙型脑炎病毒随血液被吸入蚊子体内后，先在其肠道内增殖，然后移行至唾液腺，经叮咬后传播给人或动物。

艾滋病病毒在蚊子体内既不发育也不增殖，所以不可能通过生物性的方式进行传播。而机械性的传播方式，此种方式亦不可行。因为蚊子在吸血前，先由唾液管吐出唾液（作为润滑剂以便吸血），然后由另一条管道——食管吸入血液。血液的吸入是单向的，吸入后不会再由食管吐出来。有人担心蚊子嘴上的残留血液可能带有艾滋病病毒，会传染给人。但一些研究发现，蚊子嘴上的残血量仅有0.00004毫升，如按此计算，要叮咬2800次，残血量中才能带有足够引起HIV感染的病毒。而且，当带有艾滋病病毒的血被蚊子吸入后，艾滋病病毒在2～3天内即被蚊子所消化、破坏而完全消失。而蚊子一旦吸饱血后，要待完全消化后才会再叮人吸血。因此，无论从哪条途径，蚊子传播艾滋病的可能性可以说是不存在的。至目前为止，亦尚未发现经蚊子或昆虫叮咬而感染艾滋病的报道。世界上最大的水母

水母是一个大家族，海洋中已知的水母就有上千种之多，人们常吃的海蜇也是其中的一员。水母中体形最庞大的要算是霞水母。1865年，人们在美国马萨诸塞州海岸上发现了一只罕见的大水母，其触手长达36米，伞状体直径为2.4米。人们平常看到的霞水母伞状体直径为1.5～2米，周围触手长20～30米。

几乎所有水母的身体都是柔软透明的，体内含有大量水分（约占体重的90%以上）。这种身体形态，决定了它们经常漂浮在水面，过的是漂泊不定的生活。霞水母也不例外，当它在水中游动时，四周那长长的触手顺流摆动，艳丽无比。那3厘米厚的伞状体，通常都带有粉红色或者紫色的花纹，并闪耀着微弱的光芒。

霞水母不但体形庞大，而且有很强的毒性，其杀人速度之快，甚至远远超过了眼镜王蛇。其触手内侧有一排排刺细胞。每个刺细胞里都藏着一个微小的空毒腺，其形状就像一把极小的鱼叉。一只成年霞水母的触手上有无数个刺细胞。一旦受到刺激，触手的传感神经立刻使刺细胞发作，继而射出毒液。被螫刺而中毒者，不仅有鱼类、虾类，还有那些不幸在水中遭遇上它的人。

一段0.6厘米长的触手如果螫叮到人的皮肤，其痛感有如被一支燃着的烟头灼烫一般。一名被螫者曾经描述说：“那感觉就像一个火盆倒在身上。”

但是霞水母的眼睛视力很差，只能感知到光的变化，虽然避免了同其他物体相撞，却使其丧失了攻击能力。它的猎物往往是无意中撞入它的触手被螫而死，然后被卷入它的口中。奇怪的是，某些小鱼面对它那可怕的触手，却能做到“游刃有余”。在风平浪静的日子里，许多小鱼在霞水母附近忙碌地觅食。当它们遭到大鱼袭击时，就逃到霞水母的伞状体下面，借以保护，霞水母就成了这些小鱼的保护伞、避难所。霞水母保护小鱼免受敌害，而小鱼消灭栖息在霞水母身上的微生物，这是一种特殊的对双方都有利的共栖现象。嗜血如命的食人鱼

南美洲的亚马孙河是淡水鱼的天堂。在滔滔的亚马孙河及其支流中，有200多种鱼类，其中颇有一些让人“谈鱼色变”的怪鱼，它们之中最让人恐怖的一种是叫“皮拉尼西”的凶鱼，即我们通常所说的食人鱼。它体长仅20～40厘米，头部和身体两侧呈黑色，腹部呈黄色。嘴里长着两排三角形的尖齿，有1厘米多长，非常锋利。食人鱼嗅觉灵敏，天性嗜血，一旦有一只动物被一条食人鱼咬出血，成百上千条食人鱼就会闻味扑来抢食。据说，它们袭击牛、马需要15分钟，而吃人仅需5分钟。在食人鱼出没的地方，每隔几十米，就有一块木牌，上面写着醒目的大字：“食人鱼，危险！莫下水！”在当地还有一种鱼叫“卡迪”，长得又细又小，它虽不像“皮拉尼西”那样凶猛，但据说能钻进人的肛门和尿道，所以人们每见此鱼都胆战心惊。

1976年，一辆公共汽车在亚马孙河下游失事，掉进食人鱼时常出没的乌鲁布河内。3个小时后，救援人员在现场发现，在此次车祸中丧生的38名乘客在食人鱼的利齿下仅剩白骨。

一位美国探险家曾对食人鱼进行过考察，并专门做了一次实验。他将一只刚打死的小山羊用钢丝拴着，轻轻放入河水中。仅仅两三分钟，小山羊四周的河水便开始激荡起来，泛起白色的浪花。从四面八方“闻讯”而至的食人鱼，蜂拥而上，纷纷向小山羊发起“进攻”。约摸10分钟后，当他将钢丝拉出水面时，小山羊只剩下一副片肉不留的骨架，尽管这样，还有几条食人鱼仍死死咬住小山羊的骨架，不肯罢休。此情此景，真是让人心惊胆战。

食人鱼习惯过群居生活，时常几百条、几千条聚集在一起。它能同时用视觉、嗅觉和对水波震动的灵敏感觉寻觅到攻击目标。它与鲨鱼一样，主要依靠机会觅食，但所不同的是，被誉为海中之王的鲨鱼有时对庞然大物还略有几分畏惧，而食人鱼则敢于袭击比它身体大几倍甚至几十倍的生物。遇到猎物，食人鱼总是首先咬住它的致命部位，使它失去逃生的机会，然后成群结队地轮番发起攻击，迅速将猎物化整为零。其速度之快，令人目瞪口呆。食人鱼在饥饿时则显得更为凶暴，就连一些鸟类也难以幸免。贴水而飞的野鸭、白鹭等有时也会突然消失在浪花与鲜血中，成为食人鱼利齿下的牺牲品。

凶残的食人鱼肉鲜味美，印第安人常将当地盛产的一种根部有毒汁的藤皮植物，搅拌在切碎的牛肉中，作为毒饵，倒入有食人鱼的湖泊和河流中。这样，不到一小时，水面上就浮满了被毒死的食人鱼，打捞上来便可食用。

据当地人讲，食人鱼的颚骨可以当剪子用，锐利的牙齿尖端涂上毒汁，可当箭镞用。最大的两栖动物——娃娃鱼

据说20世纪90年代以前，在湖南张家界这个地方，一到盛夏的夜晚，伴随着泉水的淙淙流淌声，人们常能听到山间传来婴儿般的啼哭，这就是娃娃鱼那独特的叫声，娃娃鱼的名字也是由此而来的。

娃娃鱼的长相确实很特别，它的身体扁平，有一个大大的扁圆脑袋，上面嵌着一对小眼睛和一个小鼻子，嘴巴也很大，身后还拖着一条长长的大尾巴。它全身光溜溜的，没有鱼身上的那种鳞片，四条腿又短又胖，脚趾就像婴儿胖乎乎的小手一样。体色有棕色、红棕色，还有黑棕色的。

人有惰性，动物当然也有，而娃娃鱼可能称得上是懒惰者之王。白天，它就只会在自己舒适的家中酣睡；当夜幕降临时，它才静静地隐蔽在滩口乱石中，等待猎物走过它的身边，甚至还要走进它的口里，它才肯动动嘴。

娃娃鱼一般都挺懒惰的，所以它捕食的时候，就是一直等在那里。如果发现食物从它身边或者是眼前出现的话，它就会猛然一下张开嘴巴，把食物逮住，然后直到食物不动，被它咬死以后，才把食物吞进去。

虽然娃娃鱼长了一对小眼，但它这对小眼不但无神采，还是个高度近视呢！

娃娃鱼很怕光的刺激，遇到强光以后，它会去躲避它，因为它长期生活在较黑暗的地方，所以它的眼睛视力已经基本上退化了，只是对光有点敏感而已，可以说是高度近视。

设想如果给高度近视的娃娃鱼佩戴上人类的眼镜后，是不是娃娃鱼就会因此变得勤快起来呢？人们不得而知。但是这么慵懒的高度近视的娃娃鱼能生存至今，不用说肯定有它们独特的本领——它们的诀窍就是不怕挨饿。由于很少活动，娃娃鱼的新陈代谢十分缓慢。偌大的身体，每天只需吃250多克的食物就行，而且还不用天天都吃。

娃娃鱼还有一个名字，大鲵。其实，娃娃鱼并不是鱼类，而是一种古老而原始的低等两栖动物。只因它长得像鱼，又经常生活在水里，所以人们也给它安上了鱼的名字。之所以称之为大鲵是因为它是我国28种两栖类有尾目动物中个体最大的一种。

娃娃鱼是从水生到陆生过渡的典型两栖动物，在生物进化史上有着划时代的意义。它就是一个环境生物指标，只要环境遭遇破坏，它的食物链中，如果一个环节断了以后，它的整个物种的生存繁衍都会受到影响，所以娃娃鱼在研究物种进化方面，有很高的科研价值。同时，娃娃鱼还有着极高的医用价值。

娃娃鱼是一个生物活化石，原来在三四亿年以前世界各地都有。由于环境的变化，气候的变迁，再加上人为的破坏，现在只中国有。在树上生活的青蛙

青蛙一般是生活在水塘里和附近的田野草丛中，也许你不知道，有一种青蛙是在树上生活的。

树蛙的种类有许多种，大多数生活在亚洲东部和东南部亚热带和热带湿润地区。在中国，斑腿树蛙分布最广，北达甘肃南部，南至西藏南部。多种树蛙栖息在潮湿的阔叶林区及其边缘地带。体背多为绿色或随环境而异。

树蛙体多细长而扁，后肢长，吸盘大，指、趾间有发达的蹼。末端两指（趾）骨节间有节间软骨，与树栖生活相适应。

属于树蛙科的飞蛙，产在印度尼西亚的爪哇、菲律宾、马来半岛等地。体绿色，指、趾极长，末端有吸盘，能在树上跳跃、爬行。当指、趾伸直时，发达的蹼总面积约为20平方厘米，它们把四肢靠近身体，张开指、趾间的蹼，向树下一跳，就可以滑翔5～20米远；也能从地面一跃飞到1.5～2米高的树上，所以它有飞蛙之称。

在我国甘肃、西藏、长江流域及其以南地区，以及印度、斯里兰卡、东南亚等地有一种树蛙，身体能随环境变化。指、趾间有微蹼，末端膨大成吸盘，吸盘中具有黏液分泌腺，可以牢牢地吸在树叶上，即使树的枝叶十分光滑，它们也能在树上跳跃、攀爬。它们也可以生活在草丛、竹上，以蚯蚓、昆虫、蜘蛛为食。

还有一种加勒比树蛙，体长仅有5厘米左右，背上有各种不同的花纹。它们的“祖籍”在加勒比海地区的波多黎各、古巴和巴哈马等地，主要生活在森林和湿地里。加勒比树蛙昼伏夜出。白天，它们躲在树叶间，晚上才出来觅食。它们主要以节肢动物为食，偶尔也吃蜗牛和特别小的青蛙。在加勒比地区，每公顷面积的青蛙数量超过2万只。加勒比蛙的卵产在隐蔽的树叶丛中，并由雄蛙严加保护，2～3周后变为小青蛙。

加勒比树蛙个子虽小，叫声却大得惊人。20世纪80年代，加勒比树蛙被无意中引入夏威夷群岛，发展到今天，由于没有天敌的控制，加上岛上环境条件好，树蛙大量繁殖，并已蔓延成灾。树蛙群每日下午5点至下半夜发出雷鸣般的噪声，使整个森林都无法安静下来。不过，大自然可不允许它如此泛滥，也许此时此刻，它的声音正吸引到蛇的“光临”。一场好戏要上演了。最毒的毒汁

南非西哥伦比亚有一种金毒刺蛙，它的皮肤上能分泌出蛙类毒汁。金毒刺蛙的毒汁是世界上已知的最毒的毒汁，其毒性是任何其他已知毒刺蛙的20倍。一只成熟蛙所含的毒液能够轻而易举地毒死1500个人。相关人物传记神创论的推翻者——查尔斯·罗伯特·达尔文

查尔斯·罗伯特·达尔文（1809—1882），英国生物学家，进化论的奠基人。曾乘贝格尔号舰作了历时5年的环球航行，对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集。出版《物种起源》这一划时代的著作，提出了生物进化论学说，从而摧毁了各种唯心的神造论和物种不变论。除了生物学外，他的理论对人类学、心理学及哲学的发展都有不容忽视的影响。他所提出的天择与性择，在目前的生命科学中是一致通用的理论。澳大利亚有以达尔文命名的城市。

生物进化论甚至可以说是整个生物科学，开始于1859年11月24日。在那一天，在经过20年小心谨慎的准备之后，达尔文出版了《物种起源》。第一版印了1250本，在一天之内销售一空。一门崭新的学科从此诞生了。震动当时学术界的《物种起源》用大量资料证明了形形色色的生物都不是上帝创造的，而是在遗传、变异、生存斗争中和自然选择中，由简单到复杂，由低等到高等，不断发展变化的，从而提出了生物进化论学说。

其后，1872年发表了同样重要的《人类的由来与性选择》，“性选择”作为“自然选择”的一个补充理论提出，“性选择”是一个未完成的理论。最著名的一个关于“性选择”的争论就是孔雀的长尾巴。

恩格斯将“进化论”列为19世纪自然科学的三大发现之一。遗传学的奠基人——孟德尔

孟德尔（1822—1884）是“现代遗传学之父”，是遗传学的奠基人。1865年发现遗传定律。

1822年7月22日，孟德尔出生在奥地利西里西亚（现属捷克）海因策道夫村的一个贫寒的农民家庭里，父亲和母亲都是园艺家。1840年他考入奥尔米茨大学哲学院，主攻古典哲学，但他还学习了数学和物理学。当地的教会看到孟德尔勤奋好学，就派他到首都维也纳大学去念书。1843年大学毕业以后，年方21岁的孟德尔进了布隆城奥古斯汀修道院，并在当地教会办的一所中学教书，教的是自然科学。他由于能专心备课，认真教课，所以很受学生的欢迎。后来，他又到维也纳大学深造，受到相当系统和严格的科学教育和训练。1856年，从维也纳大学回到布鲁恩不久，孟德尔就开始了长达8年的豌豆实验。孟德尔首先从许多种子商那里弄来了34个品种的豌豆，从中挑选出22个品种用于实验。它们都具有某种可以相互区分的稳定性状，如高茎或矮茎、圆料或皱料、灰色种皮或白色种皮等。

孟德尔通过人工培植这些豌豆，对不同代的豌豆的性状和数目进行细致入微地观察、计数和分析。运用这样的实验方法需要极大的耐心和严谨的态度。他酷爱自己的研究工作，经常向前来参观的客人指着豌豆十分自豪地说：“这些都是我的儿女！”

8个寒暑的辛勤劳作，孟德尔发现了生物遗传的基本规律，并得到了相应的数学关系式。人们分别称他的发现为“孟德尔第一定律”和“孟德尔第二定律”，它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。

孟德尔清楚自己的发现所具有的划时代意义，但他还是慎重地重复实验了多年，以期更加臻于完善。1865年，孟德尔在布鲁恩科学协会的会议厅，将自己的研究成果分两次宣读。第一次，与会者礼貌而兴致勃勃地听完报告，孟德尔只简单地介绍了试验的目的、方法和过程，为时一小时的报告就使听众如坠入云雾中。

第二次，孟德尔着重根据实验数据进行了深入的理论证明。可是，伟大的孟德尔思维和实验太超前了。尽管与会者绝大多数是布鲁恩自然科学协会的会员，其中既有化学家、地质学家和生物学家，也有生物学专业的植物学家、藻类学家，然而，听众对连篇累牍的数字和繁复枯燥的论证毫无兴趣。他们实在跟不上孟德尔的思维。孟德尔用心血浇灌的豌豆所告诉的他的秘密，时人不能与之共识，一直被埋没了35年之久！

孟德尔晚年曾经充满信心地对他的好友，布鲁恩高等技术学院大地测量学教授尼耶塞尔说：“看吧，我的时代来到了。”这句话成为伟大的预言。直到孟德尔逝世16年后，豌豆实验论文正式出版后34年，他从事豌豆试验后43年，预言才变成现实。

随着20世纪雄鸡的第一声啼鸣，来自三个国家的三位学者同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律。1900年，成为遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年。从此，遗传学进入了孟德尔时代。今天，通过摩尔根、艾弗里、赫尔希和沃森等数代科学家的研究，已经使生物遗传机制——这个使孟德尔魂牵梦绕的问题建立在遗传物质DNA的基础之上。当代神农氏——袁隆平

袁隆平，1930年9月1日生于北平（今北京），汉族，江西省德安县人，无党派人士，现在居住在湖南长沙。中国杂交水稻育种专家，中国工程院院士。2006年4月当选美国科学院外籍院士，被誉为“杂交水稻之父”。

1960年袁隆平从一些学报上获悉杂交高粱、杂交玉米、无籽西瓜等，都已广泛应用于国内外生产中。这使袁隆平认识到：遗传学家孟德尔、摩尔根及其追随者们提出的基因分离、自由组合和连锁互换等规律对作物育种有着非常重要的意义。于是，袁隆平跳出了无性杂交学说圈，开始进行水稻的有性杂交试验。

1960年7月，他在早稻常规品种试验田里，发现了一株与众不同的水稻植株。第二年春天，他把这株变异株的种子播到试验田里，结果证明了上一年发现的那个“鹤立鸡群”的稻株，是地地道道的“天然杂交稻”。他想：既然自然界客观存在着“天然杂交稻”，只要我们能探索其中的规律与奥秘，就一定可以按照我们的要求，培育出人工杂交稻来，从而利用其杂交优势，提高水稻的产量。这样，袁隆平从实践及推理中突破了水稻为自花传粉植物而无杂种优势的传统观念的束缚。于是，袁隆平立即把精力转到培育人工杂交水稻这一崭新课题上来。在研究水稻的十多个春秋里，袁隆平经历了一次又一次的失败，熬过了一次又一次的挫折，经受了一次又一次的打击。1973年10月，袁隆平发表了题为《利用野败选育三系的进展》的论文，正式宣告我国籼型杂交水稻“三系”配套成功。这是我国水稻育种的一个重大突破。紧接着，他和同事们又相继攻克了杂种的“优势关”和“制种关”，为水稻杂种优势利用铺平了道路。

20世纪90年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到21世纪30年代，中国人口将达到16亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？这时，袁隆平向世界宣布：“中国完全能解决自己的吃饭问题，中国还能帮助世界人民解决吃饭问题。”世界杰出的农业经济学家唐帕尔伯格写了一部名著叫《走向丰衣足食的世界》，书中写道：“袁隆平为中国赢得了宝贵的时间，他增产的粮食实质上降低了人口增长率。他用农业科学的成就击败了饥饿的威胁。他正引导我们走向一个丰衣足食的世界。”

第三章　地理风貌

亚洲地理

亚洲是亚细亚洲的简称。在古代，居住在地中海沿岸的人们，把地中海以东的地方称为“亚细亚”，意为“东方日出之地”。亚洲的大陆海岸线绵长而曲折，海岸线长69900千米。是世界上海岸线最长的一洲。海岸类型复杂。多半岛和岛屿，是半岛面积最大的一洲。阿拉伯半岛为世界上最大的半岛（面积约300万平方千米）。加里曼丹岛为世界第三大岛。亚洲地形总的特点是地表起伏很大，崇山峻岭汇集中部，山地、高原和丘陵约占全洲面积的3/4。全洲平均海拔950米，是世界上除南极洲外地势最高的一洲。全洲大致以帕米尔高原为中心，向四方伸出一系列高大的山脉，最高大的是喜马拉雅山脉。在各高大山脉之间有许多面积广大的高原和盆地。在山地、高原的外侧还分布着广阔的平原。亚洲有许多著名的高峰，世界上海拔8000米以上的高峰，全分布在喀喇昆仑山脉和喜马拉雅山脉地带，其中有世界最高峰珠穆朗玛峰，海拔8844.43米。亚洲有世界陆地上最低的洼地和湖泊——死海（湖面低于地中海海面392米），还有被称为“世界屋脊”的青藏高原。亚洲是世界上火山最多的洲。东部边缘海外围的岛群是世界上火山最多的地区。东部沿海岛屿、中亚和西亚北部地震频繁。亚洲的许多大河发源于中部山地，分别注入太平洋、印度洋和北冰洋。内流区主要分布在亚洲中部和西部。亚洲最长的河流是长江，长6397千米；其次是黄河，长5464千米；湄公河长4500千米。最长的内流河是锡尔河（2991千米），其次是阿姆河和塔里木河（2179千米）。贝加尔湖是亚洲最大的淡水湖和世界最深的湖泊。地理区域及特点

亚洲在地理区域上分为东亚、东南亚、南亚、西亚、中亚、北亚。东亚指亚洲东部。包括中国、朝鲜、韩国、蒙古和日本。地势西高东低，分四个阶梯。东南亚指亚洲东南部地区。包括越南、老挝、柬埔寨、缅甸、泰国、马来西亚、新加坡等国家和地区。地理上包括中南半岛和南洋群岛两大部分。南亚指亚洲南部地区，包括斯里兰卡、马尔代夫、巴基斯坦、印度、孟加拉国、尼泊尔、不丹。本区北部为喜马拉雅山脉南麓的山地区，南部印度半岛为德干高原，北部山地与德干高原之间为印度河—恒河平原。西亚也叫西南亚，指亚洲西部，包括阿富汗、伊朗、土耳其、塞浦路斯、叙利亚、黎巴嫩、巴勒斯坦、约旦、伊拉克、科威特、沙特阿拉伯、也门、阿曼、阿拉伯联合酋长国、卡塔尔和巴林。高原广布，北部多山脉。北部山地高原与南部阿拉伯半岛之间为幼发拉底河和底格里斯河所冲积而成的美索不达米亚平原。中亚指中亚细亚地区。狭义讲只包括土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦四国的全部和哈萨克斯坦南部。本区东南部为山地，地震频繁，属山地气候；其余地区为平原和丘陵，沙漠广布，气候干旱。北亚指俄罗斯亚洲部分的西伯利亚地区。西部为西西伯利亚平原，中部为中西伯利亚高原和山地，东部为远东山地。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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