馬里亞納海溝有1萬米深,那1萬米深處的水還是液態(tài)的嗎?溫度是多少?:馬里亞納海溝是已知世界上最深的海洋深處,深度超過11000多米,人類目前有能力載人下潛到這
馬里亞納海溝是已知世界上最深的海洋深處,深度超過11000多米,人類目前有能力載人下潛到這個深度的只有美國一家,其他國家最多是使用無人潛水機器人,活人根本下不到這個深度,有能力搞深海研究的國家不超過十個,我國的深海研究載人潛水最大深度7000多米不到8000米,深海潛水機器人可以下潛到接近11000米。
馬里亞納海溝的地理位置是在日本南邊,日本本土剛好在馬里亞納海溝邊上不遠(yuǎn),與之相鄰,日本是一個地震多發(fā)的島國,為什么日本地震多發(fā),其實就是跟日本的地理位置有關(guān),剛好在地殼板塊邊上,板塊活動導(dǎo)致產(chǎn)生地震,而馬里亞納海溝和日本海溝相連緊挨這里,日本的多發(fā)地震跟馬里亞納海溝有一定的關(guān)系,這個平均深度超過6000米,最深深度超過11000多米的海溝讓日本寢食難安。
已知測量的數(shù)據(jù)來看,一萬一千米左右的地方大約擁有1100多個大氣壓,超出我們地表1000多倍,普通人造設(shè)備下去就直接被壓成鐵餅,但是在已知的條件下,人類在海底8000米左右的地方還發(fā)現(xiàn)了有海洋生物存在,這個發(fā)現(xiàn)讓人類徹底認(rèn)識到了生命的頑強定義。
海洋深處超過1000米以下陽光的光線就會完全消失,剩下的就是無盡的黑暗和寒冷,距各國調(diào)查發(fā)現(xiàn),海洋深處越深的地方海水就會越冷,馬里亞納海溝海溝深處的海水水溫大概是2度左右,離形成冰點其實只有一步之遙而已,部分特殊的海底會有冰塊的存在,但是那些冰塊并不是普通海水,而是一些比較特殊的氣體在海底高壓低溫的環(huán)境下形成的固體。
目前在最深的馬里亞納海溝海溝沒有發(fā)現(xiàn)海底溫度和壓力能使海水固化結(jié)冰的條件,馬里亞納海溝深處仍然是液態(tài)的海水,這是水壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過淺的地方,而且馬里亞納海溝是地殼運動非常頻繁的地區(qū),這個地區(qū)還有海底火山活動,所以會有不少的地方水溫會達到百度以上的高溫。
馬里亞納海溝是世界上最深的海溝,也是目前世界上最神秘的地方之一,人類對海洋的了解是比較小的,在廣闊的海洋下面有太多我們未知的東西,人類目前的能力也只能了解海洋的皮毛,都說海洋是生命的搖籃的確沒錯,8300多米的海底還有一些小型魚類生存,不得不說在那種環(huán)境下能生存的生物就是奇跡。
馬里亞納海溝最深處超過11000米,是世界上已知的最深的海洋最深處。海水和空氣不同,這么深的海水,下面的海域壓力大的驚人,在最深處,甚至超過了1000個大氣壓。
而人類不借助設(shè)備,一般也就能下潛一百多米,再深入一點,會面臨諸多問題,最大的問題就在于身體不能正常供血,造成心臟衰竭、昏厥等情況。那么,在這么深的海水里,如此高的壓強下,最深處的水還能以液態(tài)的形勢存在嗎?
化學(xué)知識告訴我們,隨著氣壓的升高,水的冰點會有所提升,也就是說,氣壓高到一定程度后,就算是零上好幾度,都可能結(jié)冰,所以,在超過1000個大氣壓的海底,我們有理由相信下面已經(jīng)結(jié)冰。
1960年的時候,科學(xué)家們坐了特制的潛水器,終于下潛到了這片海域的最下端,這里的氣壓高達1100個大氣壓,但是在下面并沒有發(fā)現(xiàn)什么冰塊。對這一區(qū)域的海水測溫后,大家發(fā)現(xiàn)這里的水溫在2度左右。也就是說,起碼在這次的探索中,我們并沒有在這片海域中發(fā)現(xiàn)冰塊。
如此深的海域,下面處于絕對黑暗的狀態(tài),根本沒有任何光線能夠照下來。所以下面的海水得不到任何的溫度補充,幾乎永遠(yuǎn)處于一片冰涼的狀態(tài)。但是兩度的水溫,為何能保證海水不結(jié)冰呢?按理說,這么高的氣壓,很可能會結(jié)冰了。
韓國的科學(xué)家曾經(jīng)對常溫下的水做過實驗,在1萬倍的氣壓之下,常溫下的水有了結(jié)冰的跡象。那么,2度左右的水,確實是有可能結(jié)冰的。但是,別說在1960年沒發(fā)現(xiàn),在后來的探索中,也從未發(fā)現(xiàn)下面有冰塊的存在。
原來,水在高氣壓下會結(jié)冰,但是像韓國的那個實驗,是用純水測試的,一旦在水里融入一些雜質(zhì),結(jié)冰溫度也會受到改變。我們知道冬天下雪以后會撒鹽來融雪,就是因為氯化鈉易溶于水,而含鹽的水是不能結(jié)冰的。
相信大家也知道,海水里面含有大量的鹽分,我們吃的鹽以前有很多都是從海上曬出來的。所以海水里面含有大量的鹽,當(dāng)然還有其他的金屬離子,最終就導(dǎo)致了,即便是氣壓很高,溫度很低,海水都不容易結(jié)冰。
這片海溝的形成,和大陸板塊撞擊有關(guān),而因為這樣的撞擊,導(dǎo)致在這片海域中不斷發(fā)生著強烈的火山噴發(fā)。
在靠近火山口的地方,因為熾熱的巖漿的作用,這里的水域常年處于“燒開”的狀態(tài),溫度達到可怕的300多度。所以,究竟下面的海水有多少度,這個問題是不好回答的,低的地方有兩度左右,高的地方有幾百度,那處于這兩者之間的海域,顯然溫度處于一個中間的水平。
當(dāng)然,我們對海底的探測,甚至還不如對月球的探測來的多,在那些為探測到的區(qū)域,究竟有沒有冰塊,這個誰也說不準(zhǔn)。
馬里亞納海溝是世界上最深的海溝,這個海溝位于北大西洋西部海床,是兩個板塊的俯沖帶,太平洋板塊在這里俯沖到菲律賓板塊之下。
世界上最高的山峰是珠穆朗瑪峰,珠穆朗瑪峰的高度為8000多米,而馬里亞納海溝的最深處為11034米,所以說馬里亞納海溝在海平面以下的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了珠穆朗瑪峰的海拔高度,如果把珠穆朗瑪峰放在溝底,那么峰頂將能漏出水面。雖然有不少的登山家成功登陸了珠穆朗瑪峰,但是探索深海的奧秘卻是極其艱難的,因為在水深一萬多米的海底,海水壓強將高達1100個大氣壓,十分恐怖。
簡單來說,在這么深的海底,如果你敢把你的腳伸出去的話,那么腳就會一瞬間粉碎,所以呢,那些敢于潛到馬里亞納海溝的科學(xué)家是真正的勇士,因為可能一個不小心,潛水器有一絲裂紋,然后連人帶著潛水器一起被壓成薄片。但是呢,哪怕在這么深的海底,依舊還會有生物活動,之前就有科學(xué)家在水深8145米的地方發(fā)現(xiàn)了一種魚類。
為什么魚可以承受得住這么大的水壓強呢?其實原因在于魚的體內(nèi)也有很大的壓強,而內(nèi)外壓強差并不大,所以魚才沒有被壓扁。深海也并不是風(fēng)平浪靜,里面也有很多的血腥和殺戮,科學(xué)家一直以來都在尋找的10米以上的霸王章魚就生活在這種終年不見天日的海底,雖然至今為止也沒有人見過它的樣子,但是霸王章魚的天敵是抹香鯨,曾經(jīng)就有科學(xué)家在抹香鯨的肚子里發(fā)現(xiàn)了直徑有20厘米的巨型章魚的牙齒。
珠穆朗瑪峰是世界上的最高峰,其海拔高度為8848米,是世界第一高峰,既然有世界最高點那肯定是也有最低點了!
一般現(xiàn)存海洋的平均深度都在3千米以上,4千米以下,但是世界上卻有一個地方,其深度竟然高達10,000多米,這個地方就是馬里亞納海溝的勇士1號深淵,也就是說這個海溝深度可以放下一座珠穆朗瑪峰。
深海世界,對于我們來說都是陌生的,而現(xiàn)在要講的這個深海世界,迄今為止,只有三個人到達過!
馬里亞納海溝,別稱叫做瑪利亞娜海溝,位于西太平洋靠近日本海域附近左右,全長大約2550千米,呈現(xiàn)弧形狀,平均寬70千米.
它是世界上已知海洋中最深的海溝,經(jīng)勘查可達6~11千米,由于那里處于完全黑暗狀態(tài),并且水壓高溫度低,含氧量也非常低,食物資源匱乏.
因此可以大言不慚的說馬里亞納海溝是地球上環(huán)境最惡劣的區(qū)域之一,也有著“挑戰(zhàn)者深淵”之稱。雖然隨著我們?nèi)祟惿詈?碧郊夹g(shù)水平的提高.
但是人類也只能夠探測到馬里亞納海溝海面下深達11000米的地方而已,不過這已經(jīng)很了不起了,畢竟海底里面可怕的壓強并且溫度僅僅只有2℃(極少數(shù)海底受地?zé)岬挠绊懰疁乜筛哌_380℃)。
這些外界因素都讓所有人望而卻步,我們?nèi)祟惾绻唤柚鷿撍鞯那闆r下,潛水的最深距離也只能達到332米。在2019年5月美國探險家維克托·韋斯科沃在馬里亞納海溝打破人類最深潛水紀(jì)錄下潛深度10928米,這是我們?nèi)祟悮v史上對于探索深海的一大進步!
最近對馬里亞納海溝探測掀起了一陣熱潮,由于我們?nèi)祟愑猩詈撍鞯闹,所以科學(xué)家們能夠在馬里亞納海溝的8000米以下的地區(qū)進行探測,而我們的深海探測器竟然在8000米深的海底發(fā)現(xiàn)了生命的存在。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種生命并不像微生物一樣,是一種簡單的生命,而是一種身體復(fù)雜的魚類。要知道在8000米的海底可是具有非常高的壓強,也是很多海洋生物的生命禁區(qū),在這個區(qū)域內(nèi)不應(yīng)該有海洋生物的存在。
但現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)卻打破了我們?nèi)祟愐酝恼J(rèn)知,最重要的是深空探測器在馬里亞納海溝的海底、也就是1.1萬米深處的地方還探測到一個持續(xù)的神秘的聲響,有點像“吱吱吱”的摩擦聲音,并且一直持續(xù)了20多天甚至到考察結(jié)束還沒有停止。
一開始科學(xué)家們只是以為這個聲響是海洋漩渦或者海底漏水而發(fā)出的聲響,但后來發(fā)現(xiàn)附近根本就沒有形成海洋漩渦的條件。
于是經(jīng)過科學(xué)家再次偵聽和分析,認(rèn)為這是板塊之間的摩擦,而馬里亞納海溝是板塊俯沖地帶,海底地質(zhì)運動本身也非常活躍,因此科學(xué)家們懷疑馬里亞納海溝海底的板塊在緩慢的移動。
日本距離馬里亞納海溝僅有200公里遠(yuǎn),根據(jù)地理位置而言,日本可是處于危險地帶,有可能來一場大地震都能讓日本沉入馬里亞納海溝,與此同時日本還位于太平洋板塊與亞歐板塊交界處,地震非常頻繁,這極大的加深了日本沉入馬里亞納海溝的可能性。
主要是由于在外界因素,比如溫度、壓強的影響下,水分子在空間的排列方式發(fā)生變化。
就像在我們常識中的在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,溫度超過100℃時,水就會沸騰,這時水的狀態(tài)就由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),而當(dāng)溫度低于0℃時,水會由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。
而水的轉(zhuǎn)換歸根結(jié)底取決于兩個因素:1.分子間引力傾向于使分子定向(有規(guī)則)排列;2.分子的熱運動傾向于破壞這種定向排列。而溫度越高分子的熱運動越強,壓強越低分子平均間距越大,引力作用也越不顯著,這時水分子會比較自由的運動,而氣體就是這樣;
但當(dāng)溫度降低,壓強增大時,分子間引力就會增大,而熱運動則減弱,這時水分子就會呈現(xiàn)出比較有規(guī)則的排列,不過水分子仍有一定的流動性,出現(xiàn)這種情況就是液體;
再進一步的降低溫度的同時增大壓強,水分子間之間的引力更大,熱運動更弱,分子將呈現(xiàn)規(guī)則地排列在一起,盡管分子還有無規(guī)則的運動,但主要在某個固定位置(晶格)附近作較小幅度的振動,而沒有明顯的流動性,這種情況下的水就是固體。每下降十米大約就是一個大氣壓強,簡單計算一下,馬里亞納海溝深處大約為11000米,那么底部的壓強就會達到1100個大氣壓(110Mpa)。
地球的海洋都是由液態(tài)水組成的,所以馬里亞納海溝深處仍然是液態(tài)水,只不過這種液態(tài)水有點不一樣,是水的第四種形態(tài),被稱為“超臨界水”。(超臨界水:是指當(dāng)氣壓和溫度達到一定值時,由于高溫而膨脹的水的密度和由于高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好一樣時的水,此時水的液體和氣體是沒有區(qū)別的,完全相融到了一起,成為了一種新的、呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的流體)。
其實“超臨界水”也是“液態(tài)水”,而形成這種水所需要滿足高溫高壓。而海底一般都是比較冷的,雖然馬里亞納海溝的10000多米滿足了高壓,但是高溫海底是怎么回事呢?
其實經(jīng)過科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)馬里亞納海溝的深處不僅是地殼最薄弱的地方,還是最接近地幔的地方。在地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,地幔是所有巖漿產(chǎn)生的地方,因此才導(dǎo)致了馬里亞納海溝深處的環(huán)境溫度保持在高溫的狀態(tài),甚至超過了400℃,于是就滿足了超臨界水所需的高溫高壓的條件。
至于馬里亞納海溝的溫度,在2012年,好萊塢導(dǎo)演卡梅隆乘坐“深海挑戰(zhàn)者號”用了兩個小時下潛到馬里亞納海溝深處,當(dāng)時測量的海底溫度是4℃。
超臨界水的發(fā)現(xiàn)讓更多的科學(xué)家認(rèn)為,在地球早期的時候,海底就有大量的超臨界水存在,因此地球早期的生命是地球自己孕育而生的,而誕生之地就是海洋。
科學(xué)家通過研究還發(fā)現(xiàn),超臨界水有兩個顯著的特性:1.具有強的反應(yīng)活性也就是極強的氧化反應(yīng);2.可以和油等物質(zhì)混合,具有較廣泛的融合能力。
水能夠承受多大的壓力才會相變,目前還沒有一個確切的數(shù)據(jù),因為地球上無法制造出讓水“變態(tài)”的壓力。有資料認(rèn)為壓力增至3445個大氣壓時,將水溫降到-100攝氏度,會形成高壓冰,分子間距相對縮小,密度增加;即使壓力加大到幾百萬甚至上億個大氣壓力,水的密度還會加大,但這種改變總體上不大。
一直到水分子化學(xué)鍵斷裂,氫分子和氧分子也被壓碎成為游離態(tài)原子,甚至核外電子逃離成為自由電子,就完全改變了水的性質(zhì),但這時候水就不是水了,甚至激發(fā)了核聚變了。這個壓力需要多大,沒有人知道,反正太陽中心壓力為3000億個,氫核聚變才能持續(xù)。
近百年來,人類上天入地下海探索,取得了對宇宙天地認(rèn)識的巨大進步,馬里亞納海溝是地球最神秘的地方之一,吸引了世界各國科學(xué)家探險家們的目光,各國已經(jīng)很多次不斷的刷新深度紀(jì)錄。
最早的紀(jì)錄是1899年,人類在關(guān)島東南測得內(nèi)羅淵深度為9660米,這個紀(jì)錄保持了30年。一直到1929年在其附近測出了9814米的深度。1957年前蘇聯(lián)“維塔茲號”回報測得深度是11034米,并將該處命名為“馬里亞納深凹”,但這個數(shù)據(jù)以后沒有人能夠重復(fù),因此被視為不準(zhǔn)確,并沒有得到國際公認(rèn)。
他獨自乘坐潛艇“深海挑戰(zhàn)號”下潛到10929米深處,看到了永恒黑暗的海溝,探測到那里的溫度只有攝氏幾度,約1000個大氣壓的水壓。卡梅隆在洋底探險3個多小時,收集了生物和地質(zhì)樣本,拍攝了圖片和視頻。
還有不少國家都對馬里亞納海溝深海進行了考察。
2012年,中國的深潛器“蛟龍?zhí)枴陛d人到達最深深度為7062.68米,2016年,中國無人深潛器“海斗號”到達最深處為10767米。
1984年日本探測航具“拓洋號”用回波定位方法測得馬里亞納海溝最大深度為11040米,但世界上認(rèn)為最精確的記錄則由日本探測艇海溝號(Kaiko)于1995年3月24日測得,深度10911米。但國外一般采用最深為11924米。
在千米深海,有人們熟知的魚蝦,如烏賊、章魚、蝦類,還有抹香鯨等海獸類;在2000~3000米深處發(fā)現(xiàn)有成群的大嘴琵琶魚;在7000米以下發(fā)現(xiàn)還有一些魚類;2014年12月科學(xué)家們在馬里亞納海溝8145米處發(fā)現(xiàn)了一種新的魚類。而在海溝的最深處,目前還沒有魚類或者其他動物發(fā)現(xiàn)。
人類在最深處發(fā)現(xiàn)的魚類命名為“獅子魚”,長相有些奇特,渾身白色,頭大眼睛小,沒有鱗,約10幾厘米長,有個奇怪的卡通鼻子,背后像浮動著的濕紙巾。
就像茫茫太空一樣,馬里亞納海溝也還有很多我們未知的東西等著人類去探索,但那里的海水密度和溫度與我們常見的海水并沒有多大差別。
馬里亞納海溝是目前世界上已知最深的海溝,最深可達—11034米。那么在那么深的地方水還是液態(tài)嗎?當(dāng)然,水當(dāng)然是液態(tài),即使在那么深的地方壓力是那么的強大,但是水分子的性質(zhì)是及其的穩(wěn)定的,液壓機就是利用的這個原理。
1960年美國海軍用法國制造的“的里雅斯特”號深海潛水器,創(chuàng)造了潛入海溝10911米的紀(jì)錄,馬里亞納海溝的海低溫度一般為2℃左右,但是也有的海域受地?zé)岬挠绊,溫度可高達380℃左右。
地?zé)峋褪呛5谆鹕剑鬟M火山裂縫,溫度被極速升高變成高溫氣態(tài)。而后從裂縫中再次噴出來,這時高溫氣體的溫度會被周圍的海水吸收中合重新變成液態(tài)。如此反復(fù),海底的溫度就變的非常的高。更令人不可思議的是,在這種溫度下居然還存活著小魚和小蝦。
水的沸點其實與壓力有關(guān),在我國青藏高大氣壓稀薄,水只能上升到84℃~87℃就被蒸發(fā)了,而在珠穆朗瑪峰水的沸點只有73.5℃。這說明在高的地方是燒不開水煮不熟飯的。
而在深一萬米多的海溝里,可以想象得到,大氣壓是非常強大的。所以水的沸點是非常高的,不像在地面一樣水最高加熱到100就蒸發(fā)了,而在深一萬多米的海底,水的溫度則可以達到很大很大。所以說:在海底可以把東西煮的徹底熟透了。
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美國著名導(dǎo)演詹姆斯卡梅隆在2012年3月只身一人潛入到馬里亞納海溝10929米深處。這是人類歷史上第二次載人潛水器探底馬里亞納海溝。在返回海面后,詹姆斯卡梅隆不無感慨的說:海溝極其荒涼,黑暗,這里是地球上最像外星球的地方!
圖示:卡梅隆乘坐深海挑戰(zhàn)者號下潛馬里亞納海溝
馬里亞納海溝最深的地方是斐查茲海淵,深度為11034米,詹姆斯卡梅隆下潛的地方只比最深的地方淺105米。這算是已經(jīng)非常接近海溝的最深點了。這里的海水壓力相當(dāng)于大約1100個大氣壓,然而這里的海水仍然是液態(tài)的,溫度只有2℃。這里是一個高壓,低溫、黑暗的世界。這里并非大家想象的那樣高壓、和高溫并存。
圖示:馬里亞納海溝
卡梅隆下潛的馬里亞納海溝海底沒有海底火山和海底熱液噴口,因此海水的溫度很低。然而在一些極少數(shù)的海域,受到地?zé)岬挠绊,海洋底部有熱液噴口的存在?span style=\"font-weight: bold;\">在這些熱液噴口的周圍,水溫顆高達380℃。在正常的壓力下,水在100℃的時候就會沸騰。然而這里是萬米深的海底,水壓是地球標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的1000倍以上,因此即使是水溫早已遠(yuǎn)超出了正常水的沸點,這里的海水還是不會沸騰的。
海底的熱液噴口是海底生物賴以生存的能量獲取地點。它們就像太陽一樣為海底生物提供著生命所需的能量。
圖示:深海熱液噴口
因此,在馬里亞納海溝深度1萬米的海洋底部,那里雖然海水壓力極大,但是海水還是液態(tài)的;這里終年見不到陽光,海水的溫度只有幾攝氏度。只有極少數(shù)受地?zé)嵊绊懙暮Q蟮撞,水溫可高達300℃以上,但由于海水壓力的影響,水還是液態(tài)的。
這就是我的觀點,歡迎大家點評!
在陸地上,前蘇聯(lián)曾經(jīng)挖了一個科拉深坑,深度為12262米。在挖掘科拉深坑時,挖到一定深度后,溫度會變得非常高,大概每下降100米,溫度升高2攝氏度。在最深處,溫度超過了300攝氏度,導(dǎo)致挖掘科拉深坑的鉆孔經(jīng)常被高溫?fù)p壞,不得不投入大量資金購買鉆頭。 然而在海洋中,也存在一個萬米深的地方,這就是馬里亞納大海溝,它是由于亞歐板塊和太平洋板塊俯沖而形成,這里的深度大約為1萬零862米。但是它的溫度和馬里亞納大海溝差別巨大,只有2度左右。 為什么同樣是萬米深度,一個是超300攝氏度,一個卻只有2度呢?
1960年,科學(xué)家乘坐里雅斯特號深海潛水器,成功下潛到馬里亞納大海溝進行考察,考察結(jié)果顯示,這里的水壓高達1100個大氣壓,在沒有保護的情況下進入到這里,就像是被壓在山腳下一樣,很可能把人的脊椎壓斷,因此很多生物都無法在這里存活。 除了較強的大氣壓外,這里的溫度非常低,只有大約2攝氏度,至于溫度低的原因,科學(xué)家介紹說:海水溫度的變化并非是線性的,而是隨著深度的增加,溫度下降的幅度越來越小,這樣即使在萬米深的海域中,溫度也沒有低于0度,因此馬里亞納大海溝的水仍可以保持液態(tài)形態(tài)。
我們知道,在壓強較大的地方,可以把氣體,液體壓縮成固體,比如:木星內(nèi)部的地核,由于壓強過大,導(dǎo)致氫被壓縮成了金屬氫。 根據(jù)水的相圖,想要把水壓縮成固體,不同溫度下需要的氣壓不相同,大約1000-100000大氣壓,如果達到1千萬大氣壓,液態(tài)水將會變成金屬水。而馬里亞納海溝由于壓力不夠大, 仍舊以液態(tài)水的形式存在。
但是在馬里亞納大海溝的海底熱泉口附近,水以超臨界水的形式存在。
在海底熱泉口的煙囪里,這些熱泉會將地幔層中的高溫物質(zhì)噴出,導(dǎo)致海底熱泉口附近的溫度達到300-400攝氏度。
在這么高溫的環(huán)境下,水并不是以氣態(tài)形式,而是以超臨界水存在,在這里,水的液態(tài)和氣體沒有區(qū)別,而是完全交融在一起,呈現(xiàn)高溫高壓下的流體狀態(tài)。
一般情況下,超過萬米的海底很少有生物生存,這是因為生命的活動需要依賴能量,而大多數(shù)能量都來源于太陽光線。
由于海水隔絕了大多數(shù)光線,導(dǎo)致海底植物無法利用光合作用生產(chǎn)能量,以至于海底的生物只能依靠海洋上方飄落的碎屑以及浮游生物為生,但由于大多數(shù)碎屑和浮游生物都無法飄落至此,所以馬里亞納海溝的生物非常稀少。
然而,科學(xué)家卻在海底熱泉口附近,發(fā)現(xiàn)了大量的生物,這些生物的能量究竟來自于哪里呢?
其實,這里的生物依賴能量的方式并不是光合作用,而是熱泉口附近高濃度的離子濃度差。
英國科學(xué)家彼得.米切爾介紹說,生物生產(chǎn)能量的過程,和水電站原理差不多,都需要落差,當(dāng)上游的水到達的下游時,巨大的沖擊力會帶動水輪機轉(zhuǎn)動,從而產(chǎn)生電能。 而生物使用的并不是水位差,而是濃度差,科學(xué)家在細(xì)胞里發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生能量的地方:線粒體,它的膜只有5納米厚,當(dāng)膜兩側(cè)的氫離子濃度差極其顯著時,以至于跨越5納米的厚度,電壓的差別就有150毫伏,而這就是能量的來源。 后來,科學(xué)家真的觀察到了這種物質(zhì)的存在,而且它們的工作原理真的和水電站非常相似,有一個類似于”水輪機“一樣的結(jié)構(gòu),當(dāng)細(xì)胞膜兩側(cè)有較高的濃度差時,會帶動它的轉(zhuǎn)動,從而生產(chǎn)能量。 馬里亞納海溝雖然大多地方生物稀少,但在有熱泉口的地方,由于具有高濃度離子差,可以為生物提供能量,因此在海底熱泉口附近存在著大量的生物,要知道這里溫度高達300-400攝氏度,并且具有強酸強堿,按理說這里應(yīng)該不會有生物生存,但科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)這里生機勃勃。
目前科學(xué)家普遍認(rèn)為:海底熱泉口就是地球生命誕生的地方。
馬里亞納海溝雖然海水溫度低,海水壓力大,但這里的水并沒有以固體的形式存在,仍舊是液態(tài),但在海底熱泉口附近,馬里亞納海溝的水又會以超臨界水的狀態(tài)存在。
1萬米深海的水自然還是液態(tài)的水,不過也存在一些特殊狀態(tài)的水,可以說物質(zhì)狀態(tài)處于液態(tài)和氣態(tài)之間,即超臨界狀態(tài)的水,溫度可以達到400℃以上。
深海處壓力十分大,但是液態(tài)的水由于性質(zhì)比較穩(wěn)定,海底的水壓也不能破壞液態(tài)水分子的排列方式,深海的水就保持液態(tài)。深海由于陽光無法達到,溫度很低,接近零度,由于海水和海底的摩擦,以及深層海水和表層海水之間的熱量傳遞,深海水接近卻不能到達零度。不管是從壓力還是溫度上說,1萬米深海的水還是液態(tài)。不過海底環(huán)境比較復(fù)雜,雖然整體溫度比較低,但是由于海底火山等的活躍,使得一些區(qū)域的海水溫度很高,由于海水壓力也很大,這些海水就成為超臨界狀態(tài)。
液、氣兩相呈平衡狀態(tài)的點叫臨界點,在臨界點時的溫度和壓力稱為臨界溫度和臨界壓力,海水的臨界溫度和臨界壓力分別為374℃和21.7MPa,1萬米海底壓力是超過了水的臨界壓力的,而海底存在很多板塊裂縫,每年都會吞噬很多海水,但是地球內(nèi)部的溫度和壓力很高,海水會被加熱,可以輕易超過臨界溫度,最后又被擠壓噴出來,所以海洋的海水不會因為地球這樣吞噬而減少,同時這些水就因為壓力和溫度都到達了臨界點,這些水就成為了超臨界狀態(tài)?茖W(xué)家曾經(jīng)探測到自然界存在的溫度最高的超臨界水達到了400攝氏度以上。
超臨界狀態(tài)的水溶解性較強,也擁有更好的可壓縮性,所以現(xiàn)在發(fā)電機組都會用生產(chǎn)超臨界水來推動汽輪機發(fā)電,同時超臨界狀態(tài)的水溶解性很強,可以將地球內(nèi)部的很多化學(xué)物質(zhì)帶出,使得海底化學(xué)能細(xì)菌擁有充足的養(yǎng)分和熱量供應(yīng),所以科學(xué)家認(rèn)為海底熱泉可能是地球生命起源的地方。
馬里亞納海溝是地球上最深的地方,深度達到11034米深,整體寬度大約70公里,最深的地方位于斐查茲海淵。
大導(dǎo)演卡梅隆曾拍攝一個紀(jì)錄片親自駕駛下潛器下潛到10929米深的海底,下潛了大約兩個小時之后在海底探測三個小時作用,海溝底部漆黑寒冷測得溫度大約是4攝氏度。不僅寒冷而且高壓,簡單計算一下每下降十米大約是一個大氣壓強,那么馬里亞納海溝底部的壓強達到1100個大氣壓大約是110Mpa。
陽光穿過海面最多也就作用到一二百米的深度,在這個層次有植物類可進行光合作用。繼續(xù)往下沒有陽光照射,溫度會越來越低。到達海底大約溫度是4攝氏度左右。如果海底有火山或者熱泉,那么溫度就不一樣了,這里的熱量來源就是地球給提供的了。
海底熱泉周圍的溫度一般處在300~400攝氏度中間,有的地方會超過400攝氏度。有的人可能會問400攝氏度的水不早都成了水蒸氣了嗎?其實這是一種特殊狀況,被稱為超臨界水。當(dāng)海底溫度、壓強達到臨界點后(T≥374.3℃,P≥22.1MPa),海水處于特殊狀態(tài),這個時候水在高溫下膨脹的密度與水蒸氣在高壓下被壓縮后的密度相等,這意味著此時的狀態(tài)就是液態(tài)水和水蒸氣的融合狀態(tài),性質(zhì)也變得特殊。
海底熱泉的出現(xiàn)會從地球內(nèi)部帶上來大量的硫化氫和硫酸鹽類,硫化細(xì)菌可以通過化學(xué)能進行有機物合成作用,這樣在沒有陽光的海底,也有了類似于植物的生物鏈基礎(chǔ)。一些濾食性動物也有了食物來源。
有生物學(xué)家認(rèn)為海底熱泉很可能是地球生命的搖籃,一切都是從海底黑煙囪起步的。
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