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最终通过科学解决的十个世界之谜

脑洞大开 爱 好奇 1281浏览 0评论 来自:译言网

从大洋下的大幅活动到海洋最初是如何形成的,科学家们已被世界上诸如此类的各种谜团困惑多年。如今,其中的一些问题已经有了答案。

10 死亡谷中的风帆石之谜

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从十九世纪四十年代至今,赛马场盐湖–死亡谷国家公园中的一块表面平整的干涸湖床,是让人挠头的“风帆石”的所在地。这种(风帆石)现象每隔几年或几十年发生一次,一股不可预见的力量出现,使上百块岩石同时跨越大地,在干泥上留下一条条平行的轨迹线。这些风帆石每块重达300千克(700磅)。

据科学家们所知,没有人亲眼见过这些石头的移动过程。因此一组美国研究者决定在2011年调查这件事。他们设置了一台时延相机和一个用于测量阵风的天气站。然后他们在15块石灰岩上安装了动态感应GPS追踪器并将岩石放在了盐湖上。

原本在有事发生前可能会经历十年或更长的时间,但他们交到了好运。在2013年12月,当这些岩石移动时,这支队伍恰好在现场—这个谜题因此得以解开。

大雨和降雪在盐湖上留下了7毫米(3英寸)的降水。在夜晚这些水冻成了薄薄的冰片,而这些冰片在正午的阳光下破碎成大块的浮动的冰板。风速约15千米/小时的微风吹动这些聚积起来的冰板,这些冰板推动着岩石在湖面上移动,在冰面下的泥土上留下轨迹。几个月后湖床干涸,这些轨迹就显露出来。

只有在条件完美的情况下岩石才能移动。风、阳光、水、冰,这些都不能过多或过少。“有可能游客们曾经见过这个现象的发生,但却没有意识到。”研究人员Jim Norris说道,“在周围所有岩石都在移动的情况下去衡量某块岩石的移动确实相当困难。”

9 长颈鹿是如何用那两条竹竿一样的腿来保持直立的
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长颈鹿体重约1000千克(2200磅),但相对他们的体型,他们的双腿难以置信的细。然而,他们从来不会摔倒或出现受伤的情况。

为了找到原因,皇家兽医学院的研究者们对来自欧盟动物园捐献的长颈鹿肢体进行了研究。这些肢体来自群体中自然死亡的或被执行安乐死的动物。研究者们将肢体放在钢架中,然后用质量为250千克(550磅)的重量去模拟承担在长颈鹿腿上的长颈鹿的体重。每条腿都很稳定,直立完全没有问题。实际上,长颈鹿的腿应该可以成功地承受更大的重量。

这种情况的原因是沿纵向陷在长颈鹿腿骨中的悬韧带(用于把骨头聚集在一起的纤维状组织)。这些腿骨同人类脚中的跖骨和手中的掌骨类似。但与人相比,长颈鹿的这些骨头要长得多。

悬韧带自身不产生任何力。它提供一个被动的支持,只是因为它是弹性组织,而不是肌肉。它能减轻动物的疲劳,因为它不需要用大量的肌肉去承受自身的重量。这些悬韧带同时还保护长颈鹿的足关节并组织它的双脚瘫倒。

8 会唱歌的沙丘

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已知有35个沙丘会发出响亮的隆隆声,就像大提琴的低吟。这些声音会持续15分钟左右,可传播约10公里(6英里)远。一些沙丘偶尔会唱歌,而另一些每天都会唱。这种现象发生于沙粒从这些特别的沙丘上滑下时。

一开始,科学家们认为这些声音来自沙丘次表层的振动。但研究者们发现他们可以在实验室通过让沙子从一个斜坡上下滑来重现这个声音。这证明了是沙子发出了这个声音,而不是沙丘。声音来自于这些沙粒本身,当他们从沙丘或者一个斜面结构上滑下来时就会发出这种声音。

接下来,研究者们调查了为什么一些唱歌的沙丘会一次发出多种音调。针对于此,他们研究了来自两个沙丘的沙子–一个来自摩洛哥西南部,另一个来自阿曼东南部。

摩洛哥的沙子始终发出频率约105Hz的声音,和低于中c两个八度的升G类似,而阿曼的沙子发出的声音在九个音符的范围内,从升F到D,频率约在90Hz到150Hz之间。

研究者们发现沙粒的大小是决定音符音调高低的因素。摩洛哥的沙粒差不多都是一样大小,约在150-170微米(0.006-0.0065英寸)。它们一致地发出类似升G的音调。而阿曼的沙粒大小从150微米到310微米不等(0.006-0.012英寸),这就使得它们可以发出9个音符范围内的音调。当科学家们按大小对阿曼的沙粒进行分离后,他们的振动范围缩小到一个频率,从而可以发出同一音调的声音。

沙粒移动的速度也是一个因素。当所有的沙粒大小都差不多时,它们均以相似的速度移动,始终发出同一音调的声音。当沙粒大小不同时,它们移动的速度不同,从而使其发出声音的音调在很大的范围。

但科学家们仍未搞清楚为什么这些音调听起来像音乐。他们的理论是,沙粒的振动同步,像扩音器的隔膜一样把空气挤到一起。

7 信鸽百慕大三角

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这个谜团始于十九世纪六十年代,当时康奈尔大学的教授在研究信鸽的一项非凡的能力:它们可以从之前不认识的地方找到回家的路。教授在横跨纽约州的不同地方放飞了鸽子。除了Jersey山上放飞的鸽子,其余的鸽子都做的很好。(Jersey山上的)那些鸽子几乎每次都会迷路。1969年8月13日,这些鸽子从Jersey山找到了回家的路,但其他的时候它们看似分不清方向,在周围随机地飞。教授无法解释发生了什么。

来自美国地质调查局的Jonathan Hagstrum教授认为,虽然他的理论尚存争议,但他可能已经解决了这个谜团。“鸟儿们寻找方向的方法是使用一个指南针和一张地图。指南针通常是太阳的位置或地球磁场,”他说道,“它们用声音当做地图。。。这将告诉他们相对家的位置。”

Hagstrum认为鸽子使用的是次声波,就是那些频率较低、人类听不到的声音。就像我们之前曾经谈到过的,这种声音曾经用于古代的背景音乐中,当先人参加宗教仪式时,这些声音用于改变他们的精神。

鸟儿们可能是用次声波(在这种情况下这些次声波由深海海浪导致的地球表面小幅的振动引起)当作回家的灯塔。当鸟儿们在Jersey山迷路时,那里的气温和风使次声波信号移动到了大气层中。此时鸽子无法在地面感知这些声波。但在1969年8月13日,气温和风的情况很完美,所以这些鸽子能听到这些次声波并找到回家的路。

6 澳大利亚唯一活火山的独特起源

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澳大利亚仅有一片活火山区,它从墨尔本延伸至甘比亚山,长达500公里(300英里)。在之前的400万年中,大约发生了400次火山爆发,最后的一次爆发约在5000年前。科学家们一直被一个问题所困扰:是什么导致这些火山爆发集中在一个时间段,而另外的时间里几乎没有火山爆发?

如今,研究者们已经解决了这个谜题。地球上的绝大多数火山形成在地壳构造板块上,而位于地幔上的地壳构造板块始终保持小距离(每年几厘米)的移动。但在澳大利亚,陆地厚度的区别使得地幔下产生了流动,将热量导向到了地表。再加上澳大利亚每年向北漂移约7公分(3英寸),这片地区就演化出了一个热点,从而产生了岩浆。

“世界上还有大约50个相似的独立火山区域,其中的一些我们现在可以解释了。”来自澳大利亚国家大学的Rhodri Davies说道。

5 在超级基金清洁场生长旺盛的鱼儿们

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从十九世纪四十年代至七十年代,制造厂将多氯联苯(PCB)作为废料倾倒入马萨诸塞州的新贝德福德港。美国环保署宣布将这个港口作为一个超级基金清理场,因为这里的PCB污染已经超过了安全标准四倍多。但这个港口同时也是生物谜团的存在地,研究者最终或许解决了这个谜团。

在这样的有毒物质污染环境当中,亚特兰大鳉鱼在新贝德福德港疯狂生长。作为一种被捕食鱼,鳉鱼在离它们出生地几百码的同一片水域中度过一生。

通常,当一条鱼消化PCB时,其中代谢产生的一些化学物质对鱼来说比最初的PCB毒性更强。但鳉鱼在遗传通道上触动了一个关闭开关,阻止了代谢毒素的形成。他们已经适应了PCB污染环境,但一些科学家相信这种基因改变可能会使鳉鱼对别的污染物的有害效应更加敏感。也有可能当水被清理干净后这些鱼无法在健康的环境中生存。

鳉鱼是条纹鲈、竹荚鱼和另外一些我们平常食用的鱼的食物。所以尽管鳉鱼似乎对PCB毒素免疫,但它们可以将这些污染物通过食物链向上传递给我们。

4 水下波浪是如何产生的

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水下波浪,又称潜波,驻留在大洋表面下,隐藏于我们的视线范围之外。这些潜波将大洋表面的水升高几英寸,这样一来除了使用卫星很难探测到它们。最大的潜波出现在位于台湾和菲律宾之间的吕宋海峡。它们可高耸至170米(560英尺)并且以每秒仅几厘米的速度移动很长的距离。

科学家认为我们必须理解这些潜波是如何产生的,因为这些潜波可能对全球气候变化有非常大的影响。潜波将大洋中的盐度低、温暖、上部的水与盐度高、冰冷、下部的水混合。他们推动大量的盐、热量和营养物穿过整个大洋。这是热量从大洋表层转移至下部水的主要途径。

科学家们长期以来希望解决吕宋海峡的潜波是如何产生的这一谜题。尽管可以用仪器探测到潜波和其周围水域的密度的不同,但用肉眼很难在大洋中观察到它们。然而,科学家们还是决定在一个高15米(50英尺)的波浪水箱中进行他们的试验。潜波通过把冰冷的底部水推向模拟海底的两个海脊来得到。似乎这些巨大的潜波是由吕宋海峡的海脊间的空隙产生的,而不是由海脊类似于高山的这一特点所引起。

“在气候建模中这是这个谜团中很重要的缺失的一块,”来自麻省理工学院的Thomas Peacock说道,“目前,全球气候模型无法捕捉这些过程,如果你不考虑这些潜波,你将得到一个不同的答案。”

3 斑马为什么有条纹

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关于斑马身上为什么有条纹这个问题目前有许多理论。一些理论主张条纹起到调节体温或是选择伴侣的作用。

加州大学达维斯分校的科学家们决定去找到这个答案。他们研究斑马、野马和野驴种群(以及亚种群)的居住地,并收集斑马身上条纹的颜色、位置和大小等信息。然后他们绘制了采采蝇(一种非洲的吸血蝇)和如马虻、鹿虻等虻的位置。(再加上)一些其他的变量、一些统计分析,瞧,他们找到了答案。

“我对我们的研究结果感到惊奇,”研究人员Tim Caro说道,“一次又一次,在世界上那些受到更多吸血蝇困扰的地方,(那里的斑马)身上的条纹都更多。”

斑马更易受到吸血蝇的伤害,是因为他们的毛发比其他类似的动物(比如野马)要短。这些吸血蝇会携带致命的疾病,因此对斑马来说避免这个危险非常重要。

2 约90%地球物种的大灭绝

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大约两亿五千二百万年前,我们星球上约90%的物种都在二叠纪末的灭绝中被彻底毁灭,这次灭绝也被称为“大消亡”,是世界上最糟糕的一次大灭绝。这是一部远古的侦探小说,嫌疑人从小行星带到火山。但结果凶手是不用显微镜就无法观察到的。

据MIT的研究人员称,元凶是一种叫做“甲烷八叠球菌”的单细胞微生物,它以碳化合物为食,产生甲烷作为废物。这种微生物在今天存在于垃圾堆、油井和奶牛的内脏中。在二叠纪,科学家们认为甲烷八叠球菌经历了一种基因转移,这种转移来自一种可以让甲烷八叠球菌醋酸化的细菌。一旦这种事情发生,这种微生物将可以吃掉大量的有机物,包括大洋底的醋酸。

微生物数量爆发,在大气中产生大量的甲烷,并使大洋酸化。陆地上的大多数动植物都死亡,海中的鱼类和甲壳类动物也难逃一劫。但这些微生物应该需要镍去如此疯狂地繁殖。基于他们对沉积物的分析,研究人员们认为西伯利亚的火山喷发提供了微生物繁殖所需的大量镍。

“我想说,二叠纪的灭绝是动物生命有史以来离全部灭绝最近的一次,而且当时有可能离全部灭绝非常近,”研究人员Greg Fournier说,“即使不是大多数,许多生存下来的生物体几乎无法撑过去,其中只有少数的物种坚持下来,许多可能是偶然地生存下来。”

1 地球海洋的起源

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我们的地球表面有约70%的面积被水覆盖。最初,科学家们认为地球是在干燥的环境下形成的,并在宇宙中其它一些物体的作用下形成了熔融的表面。一般认为,在很久以后小行星和彗星的坠落为我们的星球带来了水。“一些人争论称,任何在地球形成时期出现的水分子应该被蒸发或是吹飞到外太空。”地质学家Horst Marschall说到,“科学家们觉得那些像今天一样存在于我们星球表面的水必然来得非常晚–应该在(地球形成)几百万年以后。”

但一项新的研究表明,地球早在形成时其表面就已经有水存在,这些水足够生命在早于我们最初认为的进化时间时进化。这个结果可能同样适用于内太阳系中的其他星球在环境变得恶劣之前的阶段。

为了确定水到达地球的时间,研究者们对比了两组陨石。第一组是碳质球粒陨石,这是已认定的最古老的陨石。它几乎与太阳同时出现在其他星球之前。第二组陨石被认为来自于灶神星,这是一个与地球位于同一片大区域、形成于太阳系形成后1400万年的大行星带。

这两种陨石含有同样的化学成分,并含有大量的水。因此,研究者们认为地球在46亿年前形成时其表面存在来自碳质球粒陨石的水。

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