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水能被压缩吗?
来源:科普中国 阅读:199 时间:2022-10-14 13:35

地球有70%左右的面积都被海洋覆盖着,而我们对于海洋却不够了解,尤其是黑暗的深海,藏着许多未知的东西。

人类对海洋深处的猜测从未停息过

人类目前已知的海洋最深处就是马里亚纳海沟,其最深的地方能达到11000米左右。自从得到了这一数字之后,大家就展开了突发奇想,比如将铁球丢进海里,沉到11000米的位置会怎样。

而今天,我们要聊的是另一个设想,如果将1升水用密封的容器装着,从11000米的海底取上来,其中的水会变成什么,又会发生什么呢?接下来,就让我们一起来看看吧!

深海的水和海面的水并不相同?

当水从11000米深海的底上来会发生什么?

人类目前虽然无法做到在11000米深的海底随意行走,但是乘坐着专用的潜水器成功“坐底”还是能做到的。

因此,这个设想就是让人们在11000米深的海底取1升水,将其装好,再让这个容器上升至水面,观察容器内会发生的事情。

看似普通的水也有“奥秘”

首先需要说明,这一实验在现实中是没有做过的,因此一切都是在理想状态下根据数据去推断得到的结果。如果要真的做这个实验,得出的结论可能与这之间存在一定的误差。

人们一直以来畏惧深海,就是因为这里的气压太强。一般来说,当水深每增加十米,就会上升一个大气压,而11000米深的地方气压能达到111135300帕左右,差不多相当于1100个大气压。在这种情况下,水的密度会出现变化,被“挤压”得更加紧实。

水的三态变化示意图

根据具体的数值来算的话,此处水的体积会被压缩大约4.96%。因此当我们将这个被压缩的水放入密封的容器,再将其取上来,这个水就会经历压强变化带来的影响。

准确来说,当其露出水面时,体积肯定是会发生膨胀的,这个膨胀的体积是原本体积的1.05倍左右。

原来海水的体积也会根据深度发生改变

由此可见,如果密闭的容器足够大的话,水的膨胀似乎不会带来什么太大的影响。那么,事实真是如此吗?如果打开容器,会不会发生别的事情?

这就要提到上世纪三十年代,巴顿和比柏在测试球形深海探测器时发生的事情了。比柏本身是一个对动物十分感兴趣的人,并且还因为相关的研究做过纽约动物园的院长。喜欢收集动物标本的比柏,在取得了一定成就之后,就将目光聚焦到了海上。

比柏(左)和巴顿(右)

1928年时,英国政府同意比柏在百慕大地区建立研究站,并且有权限对这里的海洋生物进行研究。

此时的潜水艇已经能够下潜到383英尺的位置,但是却没有窗户观察外界的情况,这对于想观察海洋动物动态的比柏来说没什么用。

这一消息被工程师巴顿知晓,很快他就将自己的设计告知比柏,并且得到了他的认可和帮助。

资料显示,巴顿当时亲自描述和展示了自己的设计,“这个潜水器是一个球形体,更能承受深海的巨大压力,有3个开口可以装3个熔凝石英制成的厚窗子。”

人类第一次勘探深海的装置

后来建成之后,二人就开始了相关实验,前几次都比较顺利,可后来却出现了一个令二人终身难忘的意外。原来,在某次测试当中,潜水球在浮出水面时里面灌满了水。

最初,两人虽然观察到潜水球漏水了,却没有当回事,所以很快就将这个“密闭”的金属舱打开了,可没想到当其将金属舱口的螺栓打开后,其中的水就像是从“枪管”中喷射出来一样,而螺栓飞出去之后就在甲板的钢绞盘上砸出了一个明显的缺口。

据悉比柏后来在他的回忆录《半哩深》中这样描述着,假如在当时这种情况下,他们两人都在球舱内的话,那样压力下的水“在他们溺毙之前,就会像钢制的子弹射穿他们的肌肉和骨头”。

在潜水艇内的巴顿和比柏

从这一点不难看出,水从深海回到水面不仅会发生膨胀,还会给自己“加压”。当人将这个密闭的容器打开之后,才能体会到它的威力。毫不夸张地说,这时的容器和水就像是“炸弹”,有着巨大的威胁。

说到这儿,可能有人会提出质疑,那就是水真的可以被压缩吗?这些深海11000米的水和我们平时看到的水真的不一样?

被压缩的水会是什么样呢?

水到底能不能被压缩?

虽然很多人都不相信,但是水确实是能被压缩的。首先我们从微观的视角来看,水是由水分子构成的。在不同的环境条件下,水可以做到在固、液、气三种状态当中来回转变,这就说明其分子之间的距离是有“变化”空间的。

举个例子,大家看到的水蒸气,其中的分子距离其实就大于液态水的分子距离,因此在合适的条件下,压缩一下水蒸气还是没问题的。水能否被压缩,其实就在于温度和压强的变化。

水分子的结构示意图

咱们在上文中讨论的水在11100深位置的变化,主要就是与压强有关。虽然相较于其他的物质,水在这种情况下被压缩的已经非常不明显了,但是我们依旧不能忽视这种压缩。

当然,水被压缩的是体积,不是质量。有时候大家会将二者混为一谈,比如看到水在海面和海底呈现出了不同的体积,就认为它的质量也减少了。要知道,根据质量守恒定律,仅仅是改变了密度,是不可能影响到总质量的。

水分子的概念图

值得一提的是,科学家认为想尽可能地压缩水,不仅要增加压强,还要降低温度。对于这一点,海底似乎都在无形中达标了。此外,有人疑惑水能被压缩到什么限值。

如果不考虑技术、环境等因素,在理想状态下去疯狂压缩水,最终是有可能将其压缩成“固态”的。

只不过,这个时候的“水”恐怕就不能称之为水了,而是变成了另外一种神奇的存在。

水的三种形态

综上所述,关于将水从深海11000米取上来之后,到底会发生什么变化的问题想必大家应该已经清楚了。相信大家也因此体会到了深海的压强到底有多恐怖,那么在这个漆黑一片的海底,真的会有生物能够存活吗?

人类尚未征服深海

一直以来,人类都觉得自己可以靠着科技上天入地,没有无法征服的地方。可是如今我们虽然完成了太空行走,却一直没完成深海行走,这就证明,其实人类并未征服深海。

海洋与宇宙同样神秘

这时可能有人会说,因为这里的环境实在是太恶劣了,如果人直接从潜水器中走出,那么恐怕会被直接“压扁”。

事实上,现状可能比大家想象的更为惨烈,毕竟此前潜水艇遭遇断崖坠落然后解体发生的悲剧许多人都看到过。值得一提的是,在人类一筹莫展之际,某些生物却早早占领了海底世界。

很多生物远比我们想像中的还要坚强

原来,人们在驾驶着潜水器于马里亚纳海沟成功坐底之后,就开始展开了“生物普查”,想看看这里有没有生物存在。

结果证明,别看海沟一片漆黑贫瘠的模样,在这个黑暗的“贫民窟”中还真的生活着不少生物,其中有许多长相怪异的鱼类。

在8718米深度拍摄到的狮子鱼

当然,科学家也看到了他们最不愿意看到的东西,就是塑料垃圾。换句话说,人类虽然没做到征服深海,但是我们的“垃圾”做到了,它们辗转来到了海底,继续祸害生活在这里的生物。

假如说从前的海沟生物只是“吃不饱”,毕竟这里太贫瘠了,那么现在它们倒是能吃饱了,不过食用的都是人类投送的“垃圾”。

默默躺在马里亚纳海沟底部的塑料垃圾

此外,由于塑料垃圾的降解十分缓慢,未来的百年千年之内,这里的生物应该都要与垃圾共存了。而人类若是真能从这里取一瓢水,怕是也能从中检测出无数的“微塑料”。

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