[what if]第132期:平均温度

提问:

我在一个温泉浴场看到过一个标志牌,上面写着“小心:水温高于平均”,而那里的水温大约在39度左右。虽然我知道工作人员其实想表示的是“比一般游泳池水温更高”,但是我不禁想:地球表面所有水的平均温度是多少?比39度高还是低?

—— Graham Ward

回答:

你可能小看这块牌子的制作者了。不管他是不是有意为之,这样的语句有着更深刻的含义。

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(而且我的头头警告我说如果我再弄出这种冗长的警示牌来的话,他就要炒了我。然后他就……(欲知更多,请看下一块牌子))

字面上这块牌子说得没错,39度的水比地球上大多数你能找到的水都要热。在更深层意义上这句话也是正确的,不过这就要牵扯到热量、泉水和平均值了。
对绝大多数地方来说,地下水的温度等于地表空气年平均值。水吸收能量的能力非常强大,改变水的温度需要非常多的能量。[1]与地表相对短暂的冬去春来形成的气温波动相比,地下水体升温和降温的速度远远跟不上地表的温度变化。[2]

水的这种性质使得我们可以把泉水当作当地的“温度计”。我们无需一年到头天天采集温度数据,然后再计算出平均值,我们只需要随时随地把温度计插入到泉水里就可以得到数据了。
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(水文学救不了你)

如果你能看到地下水温度的分布图,你就会发现它和年平均气温分布图几乎吻合(参见PDF文件的第六页)。

不过这条规则只适用于那些地下水热量来源和地表空气热量来源相同——均为太阳——的地方。虽然大部分地区都是如此,在某些地质活动非常活跃的地区,来自地球内部深处的大量上涌能量对水的加热作用远甚于阳光。

当温泉附近的指示牌告诉你这里的水温“高于平均”的时候,它告诉你的不仅仅是“这里水很烫”。在某种意义上来说,它是在告诉你“这里的水和大多数你看到过的泉水不一样,它和这个地区夏天/冬天白天/夜晚的平均温度无关。这里的水温高于平均值。”

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(我们珍视你的生命安全)

所以给这块牌子的制作者一点掌声吧。

注释

  • 注1:这也是为什么烧开水这么慢的原因。
  • 注2:而且热量传递到地底下也需要时间,所以有时地表明明是冬天,但地底深处的水的温度却刚好达到最大值。岩石也是这样,如果我们一直向下钻探直到基岩,我们就可以看到历史上热量向下传递形成的垂直分布的温度梯次

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