冰透鏡是指用冰做成的凸透鏡,可以用來取火。在自然界中,冰透鏡也指當(dāng)水分在土壤或巖石中擴散并在局部區(qū)域積聚時,若溫度降低形成的冰體。這種冰體最初聚集在孔隙或裂縫中,只要水分能繼續(xù)補充且溫度低于冰點,冰就會繼續(xù)聚集并成長成透鏡體,將土壤或巖石楔開。冰透鏡平行于地表生長,深達幾厘米到幾分米。關(guān)于冰透鏡的人工制作,早在我國西漢(公元前206~23年)《淮南萬畢術(shù)》中就有記載。
趣聞
關(guān)于冰透鏡的人工制作,早在我國西漢(公元前206~23年)《淮南萬畢術(shù)》中就有記載:“削冰令圓,舉以向日,以艾承其影,則火生。”其后,晉朝張華的《博物志》中也有類似記載。
清代科學(xué)家鄭復(fù)光(1780~?)根據(jù)“淮南萬畢術(shù)”的記載,親自動手做過一些實驗,完全證實冰透鏡可以取火。他在《鏡鏡冷癡》中寫道:將一只底部微凹的錫壺,內(nèi)裝沸水,用壺在冰面上旋轉(zhuǎn),可制成光滑的冰透鏡,利用它聚集日光,可使紙點燃。
應(yīng)用
李雙江2006年6月21日中午12時在哈爾濱市松花江北側(cè)的太陽島上共同手持取火棒,對準(zhǔn)用松花江冰塊制成的冰透鏡的焦點,成功采集了第四屆全國世界特殊奧林匹克運動會的圣火。
地質(zhì)學(xué)意義
在地質(zhì)學(xué)中,冰透鏡的形成對于理解寒冷地區(qū)的風(fēng)化作用至關(guān)重要。冰透鏡由凍脹引起土壤隆起和基巖斷裂,是在寒冷地區(qū)的主要風(fēng)化作用之一。凍脹會產(chǎn)生巖石碎片,并改變景觀。盡管在冰緣地區(qū)(高山、亞極地和極地)的巖石破裂通常歸因于孔隙和裂縫中的水的凍結(jié)和體積膨脹,但大部分凍脹和基巖破裂是由冰解離和冰透鏡生長引起的。1990年的研究表明,冰解離比凍融能更有效造成巖石的破裂。凍脹是指當(dāng)水向上進入到土壤中的冰凍溫度深度時,就結(jié)冰引起土壤向上膨脹。冰的生長需要供水,由土壤中的毛細(xì)作用將水輸送。由于上覆土壤的重量,限制了冰的向上生長,就在土壤內(nèi)形成一個透鏡狀冰區(qū)域。土壤必須有足夠的孔隙度讓水性通過毛細(xì)管作用上升,但孔隙度又不能太高到破壞毛細(xì)管的連續(xù)性。
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