廣闊而寒冷的極地是我們星球上最嚴酷的生命禁區之壹,但因紐特人已經在那裏生活了大約五千年。冰的上面,溫度可以達到-58攝氏度,這麽低的溫度意味著要找個地方遮風擋雨。這不是壹個以叢林聞名的地方,所以遊牧獵人學會了使用他們唯壹的建築材料——雪。愛斯基摩語有幾十個詞來形容雪,因為雪有很多種,用雪的不同決定了冰屋是能給妳保暖還是凍成冰棍。
為了理解這壹點,我們首先要明白“感覺冷”是什麽意思。當妳的體溫下降時,妳會感到熱量正在離開妳。“冷能”不會進入妳的身體。其實根本不存在“冷”這個詞。妳可以把熱想象成壹定量存在的物體。妳失去的越多,妳就會感覺越冷。熱交換有三種形式:對流、傳導和輻射。在冰屋裏,這三種形式都在起作用:冰屋裏的人輻射的熱量在冰屋裏通過對流傳遞;熱量將通過雪壁傳導而散失。這和妳家裏正在發生的事情是壹樣的~
活絕緣原理也是!鯨脂等脂肪組織可以防止鯨魚或海豹體內熱量流失,但那些沒那麽胖的動物只能把自己裹在空氣裏。比如水獺皮的毛發密度是人類毛發的1000倍。感覺好舒服。這是我這輩子摸過最柔軟的東西。真的很可愛。它隔熱的秘密就藏在質地裏。水獺毛是有鱗的,所以它可以像雪花壹樣捕捉絕緣的空氣分子。
粉狀新鮮雪的95%是空氣,這使它成為壹種極好的隔熱裝置。但是,就像妳需要用力摩擦才能把它變成雪球壹樣,它作為建築材料的密度太低了。另壹方面,冰塊是很好的防風裝置,但是它們太重了。因此,因紐特獵人采取了正確的策略:用不太薄也不太厚的雪來建造冰屋。傳統的雪磚是從地下挖出來的,而不是模具。這種緊密的雪塊離地面的密度是足夠的,但還是比純冰的空氣含量高很多。它重量輕,隔熱性能好。
像往常壹樣,動物比我們更早利用這壹點。北極熊、土撥鼠甚至松雞都會挖壹個雪洞來取暖。比動物更早的是植物,它們會擠進雪中以防止自己被凍死。在溫暖的季節,土壤中從太陽吸收的熱量逐漸增加,厚厚的雪層充當了妳頭頂的屋頂。雪會阻止熱量向前或向上散發。用雪做成的毯子可以防止植物的根、芽和種子結冰。
不想凍死,這個理由足夠讓動物開始思考了,但是我們靈長類動物建造的冰屋比動物還高也不知道在哪裏。冰屋工程最大化了溫暖和堅固。漫畫裏的冰屋看起來是壹個平底的半球,而現實中的冰屋不是!如果妳從它身上切下壹個真正的冰屋,妳會發現它是壹個懸鏈線的形狀。這個漸變的形狀和妳每只手拿著鏈條的壹端,讓它自然下垂是壹樣的。與半圓拱相比,懸鏈線拱具有更均勻的重量分布,並能避免隆起或彎曲。事實上,這是自然界中最穩定的拱門之壹,非常可靠,直到今天還在使用。
冰屋內不同的高度有不同的曲率。熱空氣會上升,冷空氣會下沈到較低的地方,從而遠離吃飯、睡覺、放松的地方。起初,體溫會融化最內層的雪墻,從而加強妳和妳的空氣隔熱雪磚之間的屏障,以及外面的寒冷。住在冰屋裏,妳就是壹個小火爐。久而久之,冰雪公寓的室內溫度會比外界高出四六十度左右。如果妳帶壹個小朋友到妳的冰屋,溫度會升得更高更快。
本文由科學探索怪獸於2007年4月6日發表。