科學家在深海發現「第四種水」:原來水並非只有固態、液態和氣態

网瘾少女 2022/02/10 檢舉 我要評論

大家都知道, 被譽為生命之源。以人類為例,我們可以一周甚至更長的時間不進行進食,但是一周不攝入水的話,可能就要被死神帶走了。 在我們的日常生活中,飲水是一件很平常的事情,甚至有些養生人士提出「一天要喝八杯水」才可以。

我們飲用的水,都是液態的,而在自然界當中,水其實是有著多種形態的。之前,科學家們認為自然界中的水只有固態、液態和氣態,可是自然界就向人類證明,「事情往往遠超人類想象」。 因為科學家們在 海底 發現了第四種水,它到底是什麼呢?

科學家在海底發現的第四種水

水算得上是地球上最常見的東西了,畢竟我們的 地球有71%都是海洋,而廣闊的海洋當中又有著豐富的海水。不過,我們平時說的水一般是指飲用的水源, 它由氫和氧共同組成,看起來無色,喝起來無味,感覺並沒有什麼存在感,卻與我們的生命息息相關。

水的形態根據不同的氣壓以及溫度,會呈現出不一樣的變化。 在標準大氣壓之下, 純水的沸點大約是100℃,而凝固點則為0℃。因此,有些生活在南方地區的人每當發現當地的天氣預報顯示「零下」時,就會異常的激動, 因為這意味著本來要落下的「雨」說不定可以變成 「雪花」

那麼,科學家在海底發現的第四種水究竟是什麼呢? 其實,這種水叫做 超臨界水,簡單來說,就是科學家們觀察到的在自然狀態之下處于超臨界狀態的水。首先,我們先來看看超臨界狀態到底是什麼, 這種狀態指的是一種特殊的流體,當它處于臨界點附近時,其壓縮性就會增強,最終擁有溶解其他物質的獨特性能。

而發現超臨界水的科學家,是在一次考察當中意外地發現了這種現象。 根據相關報導資料來看,在2008年時,德國的科學家們對于大西洋中部山脊處的一個熱液噴口進行了考察研究。

他們發現這一位置的水溫很高,達到了464℃,而水的臨界溫度大概是374℃。可見這一水溫足以使那裡的水處于超臨界狀態了。當時從事這項研究的地球化學家安德里亞向人們介紹了相關的情況, 她表示科學家們在海底發現的這些熱液噴口,就像是一個 煙囪,使得熱液與外部冰冷的海水相遇並且讓其中的物質凝固堆積。

可見,超臨界水之前就已經出現過了,不過是人類通過相關實驗,進行外部干預才使其產生了。 但是這次海底的發現,無疑證明了,不用人為干預,自然界當中也有超臨界水存在。

超臨界水的相關性質

超臨界區域當中,水的相關性質都會發生改變,所以從這些改變來看,它就屬于「第四種水」。準確來說, 超臨界水必須要在溫度和壓力都超過臨界值的時候才會發生變化。 臨界溫度為374.15℃,臨界壓力則為22.05MPa。

如果將超臨界水和平時常見的液態水進行對比的話,就會發現它的熱力學參數會明顯地減小, 這其中包括密度、介電常數以及黏度等等。此外, 還會呈現出擴散係數變大、傳質性能好,以及與某些物質和氣體能夠完全互溶的特殊性質。

其實水的大部分性質都是由一個東西決定的, 它叫做 氫鍵,一般位于水分子之間。根據科學家研究發現, 超臨界水當中的氫鍵展現出了自己的特殊性質,並且即使溫度很高,它也不會消失。

而超臨界水的密度會隨著溫度和壓力發生較大的變化,其變化的范圍在液態水和低壓水蒸氣之間,到達臨界點時密度大概是0.1克/立方公分。至于粘度也與水蒸氣和液態水有著明顯的差異, 標準大氣壓和常溫之下液態水的粘度大還是0.001Pa·s,這一數值看起來很小確實水蒸氣的100倍左右。 超臨界水 的粘度則是0.298×10^-2Pa·s,因此它能夠變成具有高流動性的物質。

此外還有擴散係數、介電常數、溶解度等等,其具體數值和水的其他三種形態之間都存在著比較明顯的差異。這些差異使得超臨界水非常與眾不同,可以用于多個領域當中, 那麼接下來我們就看看科學家們使用這種自然界當中的「第四種水」做了什麼,創新出了什麼技術吧!

超臨界水促使高新技術出現

超臨界水不僅名字非常高級,諸多不同于常數的「氣質」也使它可以在諸多領域當中被應用, 比如說「 超臨界水燃燒技術」,這種技術就是一種可以用于清潔的新型高效技術。 該技術能夠有效地幫助人類去處理有機廢物或者是稠油資源高效開發等等,對于人類而言意義重大。

相關資料當中顯示這一技術也可以簡稱為SCHC,其具體是指當燃料或者有機廢物與氧化劑相遇之後, 在超臨界水當中發生的氧化反應,這種氧化反應非常的劇烈, 因此可以產生「 水熱火焰 」。沒錯,水能著火是真的,水火相融也是真的, 不過這個水必須得是超臨界水才可以。

這種方法可以有效地降解有機廢物當中的一些小分子化合物,其去除率很高,反應速度很快, 是一種有效地處理廢物的方法。 因此,研究和發展這項技術對于人類而言是很有用的,如果我們將它與傳統的處理方法相對比,就能發現它的優勢。

比如將其和傳統的焚燒法比較,就會發現它非常的「清潔」。這是因為 焚燒法的反應溫度是非常高的 ,所以會產生二次污染物。而如果和濕式氧化法相比較,就會發現它「效率更高」, 因為其去除率高達99%,反應時間還更快,完全不需要二次返工,為企業節省了時間、提高了效率。

所以該技術目前在多個領域當中都有運用, 比如說用于高濃度有機廢水及污泥的無害化處理或者是用于煤基等高碳能源的清潔轉化利用,其效果都非常明顯。

此外,其實超臨界水在很早就成為「萃取劑」了,它不僅可以幫助我們上文中所述的污染物去汙, 還能用于清除 咖啡豆當中的咖啡因或者是葉岩油加工,以及從各種天然物質當中提取油脂、香精等等。

至于科學家們在海底發現的那些自然形成的超臨界水,對于自然的反作用也非常明顯。一般認為, 當超臨界水處于高溫、高壓的地幔當中時,會與礦物或者岩石之間相互作用,參與到其「成礦」的過程當中。

地球上的水究竟從何而來?

上文當中,為大家詳細介紹了超臨界水到底是什麼, 以及它的物理化學特性在特殊情況下促使哪些對人類有益的高新技術產生。可以看出, 處于液態時,是生命之源,而當其處于其他的狀態時,對于人類仍然有著顯著的影響。

難怪,人類在尋找宜居星球時,最先關注的永遠都是那裡是否有水,因為水對于人類而言實在是太重要了。 可是很遺憾,迄今為止,我們在多個星球上都未發現有像地球這麼大面積的液態水存在。這些星球要不是乾燥到開裂,要不就是溫度太低被冰包裹著。 總之,想再找到一個和 地球 一樣的「奇跡之星」實在是太難了。

每當這時,人們就會提出一個問題,那就是為什麼我們的地球會如此特殊? 不僅有水,水還特別的多,地球上豐富的水到底是從哪裡來的呢?難道說,我們真的是因為太幸運了,被上天眷顧才獲得了這麼多的水嗎?

有關地球上的水從何而來,其實很早就是科學家們在研究的問題了。 科學家們針對 「地球之水」做了各項研究,也提出了多種假設,至今多方都各執一詞,認為自己說得更有道理。因此這個問題其實到目前是沒有「蓋棺定論」的,不過我們還是可以來看看,科學家們都是怎麼說的。

首先,在《自然》雜誌上其實就刊登了不少有關地球水來源的研究論文。比如德國明斯特大學的科學家們,就使用同位素分析法,對相關隕石和 地球地幔的岩石進行了對比,得出了這樣一個結論: 地球上的水出現的比人類想象的要晚的多。得出這一結論有什麼用呢? 其實是反駁一種假說,也就是地球上的水是由落入其中的 隕石表面冰層融化得來的。

很明顯,明斯特大學的科學家們不認為地球上的水是從太空來的。 但是科學界認可「外源說」的科學家其實很多,人數最多的一派就是認為「水是彗星帶來的」的這一派。

因為 彗星一度被人們稱為髒雪球,其中富含著水合星際塵埃。所以不少科學家認為,地球曾經經歷過一場浪漫的「隕石雨」, 其密度比我們現在觀看的流星雨要大得多,次數甚至也更多。這場持續的隕石雨,使得地球上出現了水。

其次,就是認為地球之水來自地球,這種認可「內源說」的科學家們了。他們認為地球形成之初,相關的物質當中就有水,只不過最初它們都是以氣態的形態藏在大氣當中,後來隨著溫度變化變成了水, 以及地球內部的 岩漿當中也有大量的水,它們也能為地球提供水源。

可見,雙方說的都有一定的道理,到底誰才是對的恐怕就要等到更多證據的發現了。 值得一提的是,科學家解釋其實地球還有很多的水藏在「石頭」當中,他們也叫這種石頭為水岩。這種東西實際是一種水合礦物質, 礦石的分子當中存儲著大量的水。

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