神奇的沙漠集水本领——纳米比亚沙漠甲虫

2017-06-14作者:刘建林, 著编辑:谢爽

浩瀚无边的大沙漠往往令人望而生畏,主要就是因为沙漠地区严重缺水。千百年来,不知道有多少旅行者和商人都因为缺水而葬身于沙漠之中。然而,沙漠并非生命的禁地,这里也有许多生命生存着。仔细观察一下发现,沙漠里的生命大多都甲质化了,比如我们熟知的仙人掌,就是把叶子变成尖刺而能够尽量减少蒸腾作用,从而顽强地生存下来。


除了仙人掌,还有很多小动物也能在沙漠中很好地生活。例如,纳米比亚大沙漠里面有一种甲壳虫,它能够利用风中所携带的微小雾滴而生存。纳米比亚沙漠终年难得下雨,清晨的雾也是转瞬即逝,每个月大约有六次薄雾穿过沙漠。甲虫能够在这种恶劣的环境下生存,确实有其过人之处。因此通过对这种甲虫的吸水机理进行仿生研究,有可能会解决在干旱的沙漠里面收集和储存水源的问题。



这种甲壳虫的外壳布满了小疙瘩,每个疙瘩表面都像玻璃一样光滑,这种复杂的结构可以更好地吸收水汽。在每个疙瘩的斜面,和疙瘩与疙瘩之间的“平地”上,都覆盖着一层蜡状物质,具备疏水性质。


可以想象这幅场景:一大清早,薄雾穿过无边的大沙漠,风中的雾滴碰到了这种甲虫的疙瘩就停留下来。这样越来越多的小雾滴就会集聚起来,最终在这些凸起的疙瘩上形成一个小水滴。当小水滴变得非常大而且有些重的时候,它们就会从疙瘩的顶端滚落,到达疙瘩上的“平地”,然后慢慢地滚到头部的小沟里;而这些小沟却具有亲水性,因此水滴就顺着小沟到了甲虫的嘴里。



通过对这种甲壳虫集水机制的研究,我们可以设想把沙漠里的帐篷顶部或其他覆盖物设计成纳米比亚甲虫的外壳形状,这样人们就可以饮用收集起来的水,甚至可以用这些珍贵的水来发展农林业。英国国防部的科学家已经按照这种设想,制作了一台表面像纳米比亚甲虫外壳的集水样机。实验结果表明,这种机器在沙漠中对水分的收集非常有效。英国的一些厂家正准备大量生产这种集水机器,也有建筑学家准备修建具有像纳米比亚甲虫外壳那样房顶的集水建筑。


目前,科学家已经根据这种甲壳虫集水功能研制出“雾滴采集系统”,在轻雾条件下可以让系统获得10%以上的吸水率,其主要原理就是采用一些经过表面化学修饰的网格结构。目前,该系统已经被安置在智利北部阿塔卡玛沙漠边缘的沿海山区,每平方米网格每天可以获得几升饮用水;在强风和空气湿度好的季节,每天甚至可以获得12L以上饮用水。如果这种网的造价能降低,就可以收集到足够多的水,甚至可以用它来绿化沙漠。



这些新的取水装置更是让我们活生生地感受到,沙漠不再是生命禁区——带上一张高效集水的取水网器械,还有一些含高能量的食品,人类就能够长时间在沙漠里行走或驻守。


内容来源:书问

作者刘建林
出版清华大学出版社
定价39元
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