Tuesday, May 21, 2024

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(奇妙的創造)逆流轉法系統

香港 蘇美靈

這幾十年來,科學家不斷探索和研究生長在徭劣環境的生物如何適應的謎團,例如在兩極的企鵝 (封面圖)、海洋深處、漆黑一片及極高壓的生物,和沙漠的動植物等。人類只適宜在亞熱帶居住,嚴寒的北方或乾旱和酷熱的沙漠都不是人的居所。科學家發現在徭劣環境滋生的生物,不少具有非常特別和十分高效率的方法,使牠們可以生養眾多,其中一個是逆流轉法系統(COUNTER CURRENT EXCHANGE SYSTEM)。根據熱學第二定律,熱力是由高溫散向低溫,例如將一杯100℃的水注入同等量的0℃冰水中,結果是水的溫度變成室溫,混和了的水永遠不會被提升至98℃,但若用逆流轉法系統,則可以將冰水溫度大大提高。以南極的企鵝為例,牠們可以長時間站在冰上(雄性皇帝企鵝更要站在冰上六個月,以便孵出那隻安放在足下的蛋,以致牠的體重減了一半),牠們怎樣可以涯過這極度徭劣的環境呢?此外,其他動物,包括海豚、野鴨,北極熊,狐狸等動物,經常在冰天雪地上覓食,牠們又怎樣保持自己的體溫呢?還有生長在乾旱沙漠的小動物,牠們又怎樣保存身體的水份,不致因蒸發缺水而喪命呢?

第24 頁顯示生長在嚴寒地區的水鳥的足部,血液(37℃)從動脈向下流到足的底部,貼近雪地,血液的溫度由37℃逐漸降至2℃,但靜脈的血從相反方向上流,貼近雪地上的溫度是2℃,但血液在往上流的過程中,它的溫度漸漸升高,換句話說,熱力從動脈內的血液被溫度稍低的靜脈內的血液所吸收,雖然相差不大,但仍可被吸收。如此,在整個流向過程中,熱力不致散向體外消失,反而在內部吸收了,沒有絲毫浪費。

又例如在沙漠的小動物,牠們也採取同一個方法,盡量保持體內的水份,不致因缺水而死。因為當我們用鼻孔呼氣時,同時會失掉水份和熱量,但這些動物卻可以使呼出的氣不單是乾的,不帶水份,更是比體溫更低。又例如魚類的鰓也是用這個方法從水中攝取最多的氧氣,因為水流的方向和鰓內血液的流向是相反的。其實在人體上也有相同的運作,在我們的手和腳表皮深層動脈和靜脈的血液也採用同一原理,使我們在夏天,皮膚可以散熱,在冬天可以防止失掉過多的熱。而我們的腎臟那複雜的構造也是用這個方法從血中提出廢物、保存血液內的水份和有用的養料。

這個逆流轉法系統是一個效率高達98%的系統,使生物可以在極度徭劣的生境蓬勃,所以科學家以這理論應用在很多現代工業的操作,包括焗爐、攪拌器、電容器、電池、分融機、冷凝器、乾燥機、離子交換器、抽濕機、冷氣機、換熱器等等。洗衣機可節省60-70%用水量。科學家研究生物的各種系統,結論是現代人所發明的東西,靈感很多是採自自然界已有的系統,但人所發明的東西效率卻遜色得多了。例如我們日用的電燈泡,即使是節能耐用的,效率那裡能達到98%呢?我們所用的冷氣機除了產生噪音之外,更噴出多少熱氣,浪費能源,增加溫室氣體,更會頻頻滴水。

家居或工業用的各種電器,雖然不斷經過改良,但仍然消耗及浪費不少能源,況且不是耐用的,不需多久便壞了要報銷了。在不少紀錄片中,旁白員經常會說:「這是最神奇、效率驚人的系統,是人所未能模仿的。」事實上,人所發明的任何產品,與神所創造的相比,真是望塵莫及!

水鳥的足部近水。無論近地面或體內,靜脈或動脈溫度相差不大。若用順流轉法系統,未能有效吸收熱力。若用逆流轉法系統,則大大提高吸收熱力的能力。

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