奇妙的太阳能湖

在烈日当空、热浪袭人的盛暑，人们都喜欢到江河湖海去洗澡、游泳，好解解心里的闷热。尤其在匈牙利的梅德韦等一些小湖泊里，湖面的水温冷热宜人，但当人们潜入湖水深层的时候，就会被滚热的湖水烫得大叫起来。原来这些湖泊的湖面一层的水温只略高于20℃，而大约1.3米深以下的水温却高达60℃。这些小小湖泊，并没有地下温泉，上下水层深度相差也并不大，而温度竟如此悬殊。这究竟是什么奇妙的奥秘在作怪呢？原来，照射到湖面上强烈的太阳光，除极少部分被反射到大气中去外，绝大部分射入湖水里。随着太阳光射入湖水深处路程的增长，光线就会逐渐减弱，最后终于完全被湖水吞没。这就是海洋深层永远是锅底一样黑的缘故。这时，射入湖水的太阳光能转换成水的热能。这一点，我们可以从湖水温度升高看得出来。然而，一个普通湖泊的水温，实际上并不比外界环境温度高些。那是因为太阳照射而升高的温度，被从湖面吹拂而过的清风和湖面水分蒸发冷却了，即使是较深层的湖水也不会被阳光照射而温度升高，因为温度较高的水层，比重较轻，有一股浮力，并向湖面流动，在湖面冷却后又重新流到湖底…… 。这种被物理学家们称为自然循环现象，就像一个无形的搅拌器，把湖泊里的水不断地搅拌着，所以湖泊深处的水温始终不会升高。地球上绝大多数类型湖泊都是属于这种性质的。可是，匈牙利那些奇特的小咸水湖则不同。湖的面层，由流入的溪水不断补充淡水，使面层的含盐量比深层湖水的少，湖水的含盐量随深度的增加而增加。而含盐的湖水比不含盐的湖水重，而且热的含盐湖水比冷的淡水更重。这正如一块用铁压沉而仍能向上浮起水面的本板一样，能够在比重大的盐水里总是在原位静止不动。在这样的湖泊里，就不存在自然循环现象，而且湖泊的贮水量始终保持不变。静止不动的湖水的导热能力也极差，这种在较低温度面层之下的热水层，深度愈大，向周围散失的热量就愈少，因为在它上层的水起着隔热作用。
     这样，整个湖泊就起着贮存太阳能的作用，因而被人们称为天然的太阳能湖。天然太阳能湖贮存太阳能的奥秘，早已在上个世纪和本世纪初就为科学家所发现，并且从物理学理论上作了正确的解释。自从工业发达国家发生能源危机以来，匈牙利、芬兰等一些国家，尤其是美国和以色列，调拨大笔资金研究和发展人造太阳能湖或太阳能水池，以寻求人类简单而又经济地利用太阳能的蹊径。与匈牙利的天然太阳能湖对比，人造太阳能湖的水温就高得多了。为了使下层湖水达到尽可能高的温度，必须使湖面以下1米半湖水的盐浓度始终保持不变，否则整个湖里的水也会出现自然循环，下层湖水里的盐分就会慢慢扩散，最后上下各层湖水达到盐度完全均匀，湖里的水温与较低温度的外界气温也完全相同为止。因此，必须采取措施防止下层湖水盐分的扩散和自然循环。天然太阳能湖靠溪流持续不断地维持独特的盐浓度变化；在人造太阳能湖里则通过一个管道系统来维持，而管道里的水用泵抽汲。根据太阳能湖研究人员的计算，即使在西德那种日照时间较短的地理条件，一个 160平方米面积、 4米深的太阳能水池，池底温度就可达到100℃。这样，一个太阳能水池就能给一个家庭的住宅提供采暖和日用热水所需的热量。这样的太阳能水池即使在冬季，池水温度也有60℃，足以保证池水不会冷冻。根据试验结果，在南北极圈的冬季，虽然太阳照射极微弱，但冰层之下的太阳能水池却始终保持着50℃的温度。太阳能水池的另一个优点是池水温度完全不受日夜交替节律的影响，而且季节变化对水温的影响，也需要推迟很长时间才反映出来。也就是说，实际测得的太阳能池水温度是，最高为十月份，最低为三月份，而三月份已是冬季的结尾，那时家庭住宅耗热量已明显减少。与利用太阳能的其他装置（如屋顶上的太阳能集热器等）比较，太阳能水池的优点是把太阳能集热器和热能贮存器合为一体了。只是由于太阳能水池的物理特性，使它能将夏季多余的太阳能挪到冬季使用，而不需要另外用昂贵的贮能设备。因此，太阳能水池在获取太阳能方面，完全可与太阳能集热器媲美。