是什么使沙尘克服地球引力而飘浮在空气中的现象(是什么引发了沙尘暴)
导语：是什么使沙尘克服地球引力而飘浮在空气中的？
有聪明人看到这题目的第一反应是：废话，沙尘轻啊，它自然就能飘在空气中了！
果真如此吗？
在讨论沙尘之前，我们需要先搞清楚另一个问题：同时从高处往下扔一轻一重两颗铁球，哪个铁球先着地？
落体运动传说伽利略曾做过这样一个实验，为了证明重力加速度与质量无关，他跑到比萨斜塔顶部，右手捧一颗炮弹弹丸，左手捏一枚枪弹弹丸（也就是一大一小两颗铁球），同时撒手，结果两颗铁球“同时着地”。这就是现在高中学生在物理课上学到的“自由落体运动”。
伽利略的落体实验
真的是大小铁球同时着地吗？这需要打个问号。
没有一份科学文献证明伽利略真的在比萨斜塔扔过铁球，但物理课本里讲自由落体时着重强调了一个条件：自由落体运动需要“在真空中”。也就是说，即便你现在去斜塔顶端或者别的高处往下扔东西，它也不会是自由落体，因为存在空气阻力。
当空气阻力参与到实验中来时，快速下落的铁球就不只受到向下的重力作用，空气对它们也同时施加一个向上的拖曳力。这个力的大小与铁球的大小相关、与它下落的速度相关。事实上，小铁球因为体积更小，它的投影面积A更小，受到的空气阻力也更小。
空气阻力方程
因此，小铁球比大铁球下落的速度更快，它要比大铁球先落到地面。只不过，比萨斜塔的高度只有50米，在这么短的距离内两颗铁球的速度差凭肉眼还看不出来罢了。
如果对铁球运动进行更严格的力学分析，它们还同时受到空气浮力的影响，体积越大受到的浮力也更大，只是相对于铁球的重力来说浮力微乎其微，在此可以忽略不计。
石块与沙尘有些地区会经常性地刮沙尘暴，尘土被强风吹起，遮天蔽日，久久不能平息。
沙尘暴
为什么会出现这种情况？
如果我们向上抛一个石块，它会很快掉落下来：
抛石块
当你抓一把小石子抛向空中，它也会很快落回地面：
下落的石子
但如果我们扔向空中的是一把沙尘，情况便大不相同：那些稍大的颗粒很快下落，而更多的粉尘会飘浮在空中，很久才会飘落下来。
沙尘
沙尘是极微小的石块，如果我们对一小撮尘土进行显微摄影，会发现它们也是混杂了各种矿物的石英砂粒。按照前一节的结论，沙尘的体积更小，它受到的空气阻力也更小，应该比石头更快落到地面，但这不符合常识。
显微镜下的沙尘
为什么会这样？答案就在我们的空气里。
地球表面包裹着厚厚的大气，在绝大数的时间里我们看不见空气，也很少关注它。如果我们扔一个石块，几乎不需要考虑空气的影响，但对一颗直径仅有0.02或0.01毫米（PM10）的尘埃而言，空气的影响就成了不能不考虑的因素，事实上，从物理学角度来看，空气已经成为尘埃在大气中运动的决定性因素。
早在1840年代，乔治·加布里埃尔·斯托克斯（George Gabriel Stokes）就已经发现了微小物体在黏性流体中艰难运动的规律，并由此总结出斯托克斯定律：
Fd=6πrηv
在这个方程中，物体在具有黏性的流体中不仅受到地球的引力，还受到流体在其运动相反方向的阻力Fd，这个阻力与它的半径r、流体的黏度η和相对运动速度v成正相关关系。Fd被称为斯托克斯阻力。
斯托克斯阻力
当尘埃受到的斯托克斯阻力与其重力相当时，就会飘浮在空中；如果这时候有风，尘埃就会被推着随风飘荡；如果没有风，尘埃会缓慢沉降到地面。
每一年，位于中南美洲的亚马逊雨林都要降下大量尘土，为雨林带来丰富的土壤和矿物质。这些尘土是从哪里来的？它来自遥远的非洲撒哈拉沙漠。当撒哈拉沙尘被风吹起，它们会被上升气流推上高空，然后由信风带着越过宽阔的大西洋一路向西。如果大西洋表面足够温暖，上升气流甚至可以托起直径达0.45毫米的沙尘飘到3500公里以外的地方。
沙尘在空气中并非孤立存在，当沙尘暴来临时，每立方厘米的空气中往往充斥着数以千计的尘埃颗粒，颗粒物相互碰撞并随机改变其运动方向，这种现象被称为布朗运动。在重力的共同作用下，布朗运动将颗粒物撞击推挤到浓度较低的区域，这也是沙尘暴滚滚向前、势不可挡的一个重要因素。
布朗运动轨迹
总结：空气中弥漫的沙尘大多是些极为细小的悬浮颗粒物，它们的直径通常都小于0.02毫米。如果没有上升气流的作用，那些大于0.01毫米的颗粒物会在重力作用下花费几个小时沉降到地面，而更小的颗粒物（如PM2.5）则将在大气中停留几个星期的时间。
当我们向空中投掷一块石头或一颗石子，由于空气阻力相对于重力而言微不足道，所以我们不容易观察到空气对其运动速度的影响。随着物体体积的进一步减小，当直径达到0.03毫米以下时，空气的粘滞作用将变得越来越突出。
沙尘暴滚滚向前
对于一粒直径小于0.01毫米的沙尘颗粒而言，气体分子的撞击力会显现出来，空气就像糖浆一样粘稠。在斯托克斯阻力的拖曳下，沙尘可能需要十几分钟才能下降1米，只需要一阵轻风就能使它再次回到高处，这便是沙尘可以长时间飘浮在空中的真正原因。
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