第六节 在微观范围中力的表现

以上我们所看到力的表现，均是在宏观的范围内。但是随着自然地理研究的深入，对于在微观范围中力的表现，也要求我们逐步地去熟悉，并具备这方面的基本知识。所谓微观只是相对而言，自然地理中并无明确地划分。我们一般把处于分子水平或者近似于这个水平，并对自然地理面中有着积极作用的那些力，看做我们要讨论的对象。

在这种水平上力的表现，主要区分为物理上、化学上及生物上的不同范畴。一般自然地理工作者，对此比较生疏，这些力在自然地理中的实际用途也不大清楚，我们也不可能系统地加以全面介绍，仅举几个例子作为说明： 著名的物理学家麦克斯韦根据他的电磁波理论，指出了光压的必然性。并且计算出，在晴天时，太阳光照射在完全涂黑的物体表面上的压力大约为每平方米 0.4 毫克。对于普通的光源来说，它的光压就更加小得难以辨识。例如

把 100 瓦的电灯所发出的全部光能集中在一平方厘米的小面积上，那么其上所受到的总压力也只有 3％达因。达因是力的一个普通单位，一达因的力极小，一只蚂蚁在拖东西时用的力还比一达因大的多。利用近代更完善的高真空技术，重复进行了这种显示光压的实验，再一次光辉地证实了麦克斯韦的学说，实验结果与麦克斯韦的理论计算值只差 2％。光压力在自然地理面中的实质性作用，现在还看不出来，但它在进行高精度的测量定位时，那就应当加以考虑了。近几年，日本学者应用几种激光应变仪，测定地表两点间的相对位移。1978 年，在长野市松代地震观测所的地下坑道里，用臂长达 25 米的激光干涉仪，记录了由于地球潮汐和气压变动引起的 10-8 数量级的地壳应变。在这种精密测定中，才有必要考虑到那种微小的光压。在一般的宏观分析中，人们绝对没有必要去估算它的作用。

我们再来观察一下细小的土粒。土粒表面是由具游离价的原子或离子组成的，这样它就必然具有静电引力。这个静电引力在研究自然地理面中水分的运动、化学元素特别是植物营养元素的迁移等都是很有价值的。土粒附近所形成的这个静电引力场，可对有关物质发生作用。如水分子是偶极体，它就能被土粒的静电引力所吸附。因此，土壤中有一部分水分基本上很难参加水分循环，这一部分的数量就取决于静电的吸附力。靠近土粒表面时，水分子失去了自由活动的能力，形成有规律的排列，一般称这部分水为结合水。不可小视这种力的作用，它使得水的性质有某种巨大的改变。我们知道，在正常条件下，液态的水在 0℃时冻结，变成固体的冰。但对结合水来说，在冻结时除开要具备普通水冻结时的基本条件外，尚须克服土粒表面对这部分水的静电引力，甚至在－78℃的温度时，强结合水也不冻结，从而形成过冷水。这种结合水，不仅难于参加水的循环，也无法为植物生长所利用。因此， 这种微观力对于物质能量的交换来说，在某些方面同样是不可忽视的。土粒表面这种吸附别种分子的能力，人们称之为表面能，表面能越大，它的吸附作用也越强。就如水库设计中的“死库容”一样，吸附水的份量越多，显然对于水分及化学元素的循环是不利的。在其它条件相同时，表面能与土壤颗粒表面成正比，颗粒的粒径愈小，所具有的表面能越大。明白了这个原理， 对于改良土壤，充分利用水分和养分、评价地区的自然条件等，都是十分有用的。

另外我们知道，地面接受了太阳辐射能之后，必然致使地中热通量增大，

也使得地温相应地升高。这种温度的升高，又引起了土壤中水分的相应变化。变化的宏观效应我们一般是了解的，但是微观效应往往不清楚。其中的一个变化是水的粘度减小。水的粘度系数（用η来代表）随着温度（T）的增高而减小，它们之间的关系为：

ηT =

η0

1+ αT + βT2

(5.18)

式中的η0 为温度 0℃时水的粘度值，α及β分别为常数。温度升高，粘度减小，水分运动的阻力相应也就变小，则水的扩散速度必然相应加快。同时，温度既然可以看做是平均动能状况的标志，那么随着土壤温度的升高， 分子热运动亦加强，克服土壤中静电引力的能力亦变大，这就促进了水及其他物质的扩散速度，有利于能量和物质交换。

在研究地表物质的移动、输送、交换与积累中，除了研究土壤水、土壤中各种养分元素及微量元素的动态变化外，还要研究生物量的积累与分解， 表面分散现象等，这些现象也要涉及到微观力的作用。对此，不一定都要求自然地理工作者逐一地亲自去实验，但要求我们掌握它，并且在分析问题时尽量能够运用它。