自然科普:水能被壓縮嗎?
發布時間:2022-10-17
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地球有70%左右的麵積都被海洋覆蓋著,而我們(men) 對於(yu) 海洋卻不夠了解,尤其是黑暗的深海,藏著許多未知的東(dong) 西。

人類對海洋深處的猜測從(cong) 未停息過

人類目前已知的海洋最深處就是馬裏亞(ya) 納海溝,其最深的地方能達到11000米左右。自從(cong) 得到了這一數字之後,大家就展開了突發奇想,比如將鐵球丟(diu) 進海裏,沉到11000米的位置會(hui) 怎樣。

而今天,我們(men) 要聊的是另一個(ge) 設想,如果將1升水用密封的容器裝著,從(cong) 11000米的海底取上來,其中的水會(hui) 變成什麽(me) ,又會(hui) 發生什麽(me) 呢?接下來,就讓我們(men) 一起來看看吧!

深海的水和海麵的水並不相同?

當水從(cong) 11000米深海的底上來會(hui) 發生什麽(me) ?

人類目前雖然無法做到在11000米深的海底隨意行走,但是乘坐著專(zhuan) 用的潛水器成功“坐底”還是能做到的。

因此,這個(ge) 設想就是讓人們(men) 在11000米深的海底取1升水,將其裝好,再讓這個(ge) 容器上升至水麵,觀察容器內(nei) 會(hui) 發生的事情。

看似普通的水也有“奧秘”

首先需要說明,這一實驗在現實中是沒有做過的,因此一切都是在理想狀態下根據數據去推斷得到的結果。如果要真的做這個(ge) 實驗,得出的結論可能與(yu) 這之間存在一定的誤差。

人們(men) 一直以來畏懼深海,就是因為(wei) 這裏的氣壓太強。一般來說,當水深每增加十米,就會(hui) 上升一個(ge) 大氣壓,而11000米深的地方氣壓能達到111135300帕左右,差不多相當於(yu) 1100個(ge) 大氣壓。在這種情況下,水的密度會(hui) 出現變化,被“擠壓”得更加緊實。

水的三態變化示意圖

根據具體(ti) 的數值來算的話,此處水的體(ti) 積會(hui) 被壓縮大約4.96%。因此當我們(men) 將這個(ge) 被壓縮的水放入密封的容器,再將其取上來,這個(ge) 水就會(hui) 經曆壓強變化帶來的影響。

準確來說,當其露出水麵時,體(ti) 積肯定是會(hui) 發生膨脹的,這個(ge) 膨脹的體(ti) 積是原本體(ti) 積的1.05倍左右。

原來海水的體(ti) 積也會(hui) 根據深度發生改變

由此可見,如果密閉的容器足夠大的話,水的膨脹似乎不會(hui) 帶來什麽(me) 太大的影響。那麽(me) ,事實真是如此嗎?如果打開容器,會(hui) 不會(hui) 發生別的事情?

這就要提到上世紀三十年代,巴頓和比柏在測試球形深海探測器時發生的事情了。比柏本身是一個(ge) 對動物十分感興(xing) 趣的人,並且還因為(wei) 相關(guan) 的研究做過紐約動物園的院長。喜歡收集動物標本的比柏,在取得了一定成就之後,就將目光聚焦到了海上。

比柏(左)和巴頓(右)

1928年時,英國政府同意比柏在百慕大地區建立研究站,並且有權限對這裏的海洋生物進行研究。

此時的潛水艇已經能夠下潛到383英尺的位置,但是卻沒有窗戶觀察外界的情況,這對於(yu) 想觀察海洋動物動態的比柏來說沒什麽(me) 用。

這一消息被工程師巴頓知曉,很快他就將自己的設計告知比柏,並且得到了他的認可和幫助。

資料顯示,巴頓當時親(qin) 自描述和展示了自己的設計,“這個(ge) 潛水器是一個(ge) 球形體(ti) ,更能承受深海的巨大壓力,有3個(ge) 開口可以裝3個(ge) 熔凝石英製成的厚窗子。”

人類第一次勘探深海的裝置

後來建成之後,二人就開始了相關(guan) 實驗,前幾次都比較順利,可後來卻出現了一個(ge) 令二人終身難忘的意外。原來,在某次測試當中,潛水球在浮出水麵時裏麵灌滿了水。

最初,兩(liang) 人雖然觀察到潛水球漏水了,卻沒有當回事,所以很快就將這個(ge) “密閉”的金屬艙打開了,可沒想到當其將金屬艙口的螺栓打開後,其中的水就像是從(cong) “槍管”中噴射出來一樣,而螺栓飛出去之後就在甲板的鋼絞盤上砸出了一個(ge) 明顯的缺口。

據悉比柏後來在他的回憶錄《半哩深》中這樣描述著,假如在當時這種情況下,他們(men) 兩(liang) 人都在球艙內(nei) 的話,那樣壓力下的水“在他們(men) 溺斃之前,就會(hui) 像鋼製的子彈射穿他們(men) 的肌肉和骨頭”。

在潛水艇內(nei) 的巴頓和比柏

從(cong) 這一點不難看出,水從(cong) 深海回到水麵不僅(jin) 會(hui) 發生膨脹,還會(hui) 給自己“加壓”。當人將這個(ge) 密閉的容器打開之後,才能體(ti) 會(hui) 到它的威力。毫不誇張地說,這時的容器和水就像是“炸彈”,有著巨大的威脅。

說到這兒(er) ,可能有人會(hui) 提出質疑,那就是水真的可以被壓縮嗎?這些深海11000米的水和我們(men) 平時看到的水真的不一樣?

被壓縮的水會(hui) 是什麽(me) 樣呢?

水到底能不能被壓縮?

雖然很多人都不相信,但是水確實是能被壓縮的。首先我們(men) 從(cong) 微觀的視角來看,水是由水分子構成的。在不同的環境條件下,水可以做到在固、液、氣三種狀態當中來回轉變,這就說明其分子之間的距離是有“變化”空間的。

舉(ju) 個(ge) 例子,大家看到的水蒸氣,其中的分子距離其實就大於(yu) 液態水的分子距離,因此在合適的條件下,壓縮一下水蒸氣還是沒問題的。水能否被壓縮,其實就在於(yu) 溫度和壓強的變化。

水分子的結構示意圖

咱們(men) 在上文中討論的水在11100深位置的變化,主要就是與(yu) 壓強有關(guan) 。雖然相較於(yu) 其他的物質,水在這種情況下被壓縮的已經非常不明顯了,但是我們(men) 依舊不能忽視這種壓縮。

當然,水被壓縮的是體(ti) 積,不是質量。有時候大家會(hui) 將二者混為(wei) 一談,比如看到水在海麵和海底呈現出了不同的體(ti) 積,就認為(wei) 它的質量也減少了。要知道,根據質量守恒定律,僅(jin) 僅(jin) 是改變了密度,是不可能影響到總質量的。

水分子的概念圖

值得一提的是,科學家認為(wei) 想盡可能地壓縮水,不僅(jin) 要增加壓強,還要降低溫度。對於(yu) 這一點,海底似乎都在無形中達標了。此外,有人疑惑水能被壓縮到什麽(me) 限值。

如果不考慮技術、環境等因素,在理想狀態下去瘋狂壓縮水,最終是有可能將其壓縮成“固態”的。

隻不過,這個(ge) 時候的“水”恐怕就不能稱之為(wei) 水了,而是變成了另外一種神奇的存在。

水的三種形態

綜上所述,關(guan) 於(yu) 將水從(cong) 深海11000米取上來之後,到底會(hui) 發生什麽(me) 變化的問題想必大家應該已經清楚了。相信大家也因此體(ti) 會(hui) 到了深海的壓強到底有多恐怖,那麽(me) 在這個(ge) 漆黑一片的海底,真的會(hui) 有生物能夠存活嗎?

人類尚未征服深海

一直以來,人類都覺得自己可以靠著科技上天入地,沒有無法征服的地方。可是如今我們(men) 雖然完成了太空行走,卻一直沒完成深海行走,這就證明,其實人類並未征服深海。

海洋與(yu) 宇宙同樣神秘

這時可能有人會(hui) 說,因為(wei) 這裏的環境實在是太惡劣了,如果人直接從(cong) 潛水器中走出,那麽(me) 恐怕會(hui) 被直接“壓扁”。

事實上,現狀可能比大家想象的更為(wei) 慘烈,畢竟此前潛水艇遭遇斷崖墜落然後解體(ti) 發生的悲劇許多人都看到過。值得一提的是,在人類一籌莫展之際,某些生物卻早早占領了海底世界。

很多生物遠比我們(men) 想像中的還要堅強

原來,人們(men) 在駕駛著潛水器於(yu) 馬裏亞(ya) 納海溝成功坐底之後,就開始展開了“生物普查”,想看看這裏有沒有生物存在。

結果證明,別看海溝一片漆黑貧瘠的模樣,在這個(ge) 黑暗的“貧民窟”中還真的生活著不少生物,其中有許多長相怪異的魚類。

在8718米深度拍攝到的獅子魚

當然,科學家也看到了他們(men) 最不願意看到的東(dong) 西,就是塑料垃圾。換句話說,人類雖然沒做到征服深海,但是我們(men) 的“垃圾”做到了,它們(men) 輾轉來到了海底,繼續禍害生活在這裏的生物。

假如說從(cong) 前的海溝生物隻是“吃不飽”,畢竟這裏太貧瘠了,那麽(me) 現在它們(men) 倒是能吃飽了,不過食用的都是人類投送的“垃圾”。

默默躺在馬裏亞(ya) 納海溝底部的塑料垃圾

此外,由於(yu) 塑料垃圾的降解十分緩慢,未來的百年千年之內(nei) ,這裏的生物應該都要與(yu) 垃圾共存了。而人類若是真能從(cong) 這裏取一瓢水,怕是也能從(cong) 中檢測出無數的“微塑料”。



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