水在2300攝氏度、15萬個大氣壓的環境下,會怎麼樣?有何科學依據?

Laoa


沒有發現有這方面實驗的證據,但有一些旁證。

水在一個大氣壓下,0℃會結冰,0℃以上以液態存在,100℃就會沸騰蒸發成氣態。這是水在一個大氣壓下,不同溫度的三態相變過程。

把水燒到2300度,就需要極大的壓力,否則早就蒸發殆盡了。

壓力和溫度本身也是相互相成的,壓力越高,溫度就越高。因此在高壓下,水溫度自然升高,無須加熱。

這樣高的壓力在地球上很難實現。不過這個壓力在宇宙中並不算高,我們地球中心壓力就有360個大氣壓,但那裡沒有水,物質成稠密流體狀態,溫度達到6000度。

或許也有人在實驗室做過這樣高壓力下水是個什麼樣子的實驗,但我沒有查到這樣的實驗。

但有一則消息報道,地質學家們在地層深處鑽石中顆粒中發現存在一種特別的水分子,他們把這種水狀態稱為冰- vii,是水的第四態。認為這種水分子是冰- vii存在於自然界的一個證據。

我們還可以藉助地外天體來認識這種水的狀態。

在天王星海王星上,就存在著比這種壓力和溫度還要高很多的水。

天王星和海王星屬於類木巨行星。何謂類木?就是和木星性質差不多,主要有氣態物質組成;何謂巨行星?就是很大,天王星質量是地球的14.55倍,海王星是地球質量的17.15倍。

天王星海王星雖然是類木行星,但結構與木星、土星有較大的區別。

木星、土星主要由氫和氦元素組成,氫元素佔了90以上,因此在大氣深處,是液氫的海洋,再往下是金屬氫,中心有一個實質內核。

而天王星和海王星,大氣層中主要是氫和氮,但大氣層深處就比木星和土星成分複雜了,有甲烷、氨和水冰。

科學家們通過望遠鏡對這兩顆行星進行了長期的觀測研究,獲取了大量初步資料。

NASA1977年8月20日發射的旅行者2號,1986年1月24日在距天王星大氣頂層81500公里的地方掠過;1989年8月25日在距海王星大氣層頂層4827公里處掠過,獲取了這兩顆距離太陽最遠的行星前所未有的資料和照片。

科學家通過獲取的大量資料為天王星建立了標準的結構模型,認為天王星結構分為三個層面:中心有一個岩石內核,只有0.55個地球質量,佔有半徑約20%;中間是有甲烷冰、氨冰、水冰混合組成的地函,厚達半徑的60%,質量約為地球的13.5倍;上層是大氣,佔半徑20%,質量相當地球0.5倍。

由於天王星、海王星地函由“冰”組成,因此又得了一個“冰巨星”的稱號。

關鍵就在這個“地函”,何謂“地函”?

我們地球大致也分3層結構:地殼、地幔、地核,如果加上大氣圈和水圈,就有5層結構。

天王星的“地函”就相當於地球的地幔。

可能有些朋友會問,天王星地函由混合冰組成,而地球地幔是熾熱岩漿組成,怎麼會一樣呢?

是不一樣,但不一樣的是它們的成分完全不同,樣子卻差不多,而且由於天王星質量巨大,在超高壓狀態下,地函這種“冰”也是特殊的冰,是一種極高溫度和非固體的冰。

這就是我們要借鑑的水在超高壓超高溫環境下是個什麼狀態了。

天王星的地函壓力達到800萬個大氣壓,在這種高壓下溫度達到6000K左右,如果換算成攝氏度就是5726.85℃。

當然這種遠距離天體溫度也是在模型中預測出來的,沒那麼精準,所以不管是K溫標(絕對溫標),還是攝氏溫標,都屬於近似值。

但模型並不是隨意臆測的,而是根據物質的質量和壓力,可以在實驗室裡面較為準確得到的。

天王星地函在這樣高壓力下,各種冰的狀態是一種黏糊糊稠密的半流體狀態,這種“冰”有高導電性,也有人把這種狀態稱為水氨海洋。

這就是顛覆我們吃瓜群眾認知的所謂“冰”,也是水在極高溫度和壓力狀態下的相變形態。

而海王星還有鑽石海。

一般認為,海王星與天王星內部結構差不多,但由於海王星內部成分與天王星略有區別,特別是具有約10%的碳,因此海王星的模型地函中有許多鑽石,甚至有鑽石海洋。

科學家們在實驗室用激光轟擊鑽石表面,局部達到4000萬大氣壓力時,鑽石會變成液態,當壓力減小到1100萬大氣壓強時,溫度降到5萬℃,鑽石又呈現出固態。

海王星地函是有可能達到這樣的壓力和溫度的。

由此,有人構想出海王星上鑽石海洋的畫面,在晶瑩剔透的液態鑽石海洋上,一座座鑽石山漂浮其上,美不勝收。

隨便在鑽石海里舀一勺海水,就發大財了。

可惜對於這樣的財富人們只能做做夢而已。45億千米的距離,5萬℃的高溫和千萬大氣壓力,就是在很遙遠的將來也是無法企及的。要知道太陽表面溫度才6000K,就可以氣化地球上的一切,而海王星的地函溫度高出太陽表面10倍!

結論:極高溫度和極高壓力下的水會發生相變,成為某種“冰”。但此冰已經非彼冰,而是似冰非冰超高溫稠密流體,我們可以把它稱之為水的第四態吧?

個人觀點,歡迎討論。


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