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没有发现有这方面实验的证据,但有一些旁证。
水在一个大气压下,0℃会结冰,0℃以上以液态存在,100℃就会沸腾蒸发成气态。这是水在一个大气压下,不同温度的三态相变过程。
把水烧到2300度,就需要极大的压力,否则早就蒸发殆尽了。
压力和温度本身也是相互相成的,压力越高,温度就越高。因此在高压下,水温度自然升高,无须加热。
这样高的压力在地球上很难实现。不过这个压力在宇宙中并不算高,我们地球中心压力就有360个大气压,但那里没有水,物质成稠密流体状态,温度达到6000度。
或许也有人在实验室做过这样高压力下水是个什么样子的实验,但我没有查到这样的实验。
但有一则消息报道,地质学家们在地层深处钻石中颗粒中发现存在一种特别的水分子,他们把这种水状态称为冰- vii,是水的第四态。认为这种水分子是冰- vii存在于自然界的一个证据。
我们还可以借助地外天体来认识这种水的状态。
在天王星海王星上,就存在着比这种压力和温度还要高很多的水。
天王星和海王星属于类木巨行星。何谓类木?就是和木星性质差不多,主要有气态物质组成;何谓巨行星?就是很大,天王星质量是地球的14.55倍,海王星是地球质量的17.15倍。
天王星海王星虽然是类木行星,但结构与木星、土星有较大的区别。
木星、土星主要由氢和氦元素组成,氢元素占了90以上,因此在大气深处,是液氢的海洋,再往下是金属氢,中心有一个实质内核。
而天王星和海王星,大气层中主要是氢和氮,但大气层深处就比木星和土星成分复杂了,有甲烷、氨和水冰。
科学家们通过望远镜对这两颗行星进行了长期的观测研究,获取了大量初步资料。
NASA1977年8月20日发射的旅行者2号,1986年1月24日在距天王星大气顶层81500公里的地方掠过;1989年8月25日在距海王星大气层顶层4827公里处掠过,获取了这两颗距离太阳最远的行星前所未有的资料和照片。
科学家通过获取的大量资料为天王星建立了标准的结构模型,认为天王星结构分为三个层面:中心有一个岩石内核,只有0.55个地球质量,占有半径约20%;中间是有甲烷冰、氨冰、水冰混合组成的地函,厚达半径的60%,质量约为地球的13.5倍;上层是大气,占半径20%,质量相当地球0.5倍。
由于天王星、海王星地函由“冰”组成,因此又得了一个“冰巨星”的称号。
关键就在这个“地函”,何谓“地函”?
我们地球大致也分3层结构:地壳、地幔、地核,如果加上大气圈和水圈,就有5层结构。
天王星的“地函”就相当于地球的地幔。
可能有些朋友会问,天王星地函由混合冰组成,而地球地幔是炽热岩浆组成,怎么会一样呢?
是不一样,但不一样的是它们的成分完全不同,样子却差不多,而且由于天王星质量巨大,在超高压状态下,地函这种“冰”也是特殊的冰,是一种极高温度和非固体的冰。
这就是我们要借鉴的水在超高压超高温环境下是个什么状态了。
天王星的地函压力达到800万个大气压,在这种高压下温度达到6000K左右,如果换算成摄氏度就是5726.85℃。
当然这种远距离天体温度也是在模型中预测出来的,没那么精准,所以不管是K温标(绝对温标),还是摄氏温标,都属于近似值。
但模型并不是随意臆测的,而是根据物质的质量和压力,可以在实验室里面较为准确得到的。
天王星地函在这样高压力下,各种冰的状态是一种黏糊糊稠密的半流体状态,这种“冰”有高导电性,也有人把这种状态称为水氨海洋。
这就是颠覆我们吃瓜群众认知的所谓“冰”,也是水在极高温度和压力状态下的相变形态。
而海王星还有钻石海。
一般认为,海王星与天王星内部结构差不多,但由于海王星内部成分与天王星略有区别,特别是具有约10%的碳,因此海王星的模型地函中有许多钻石,甚至有钻石海洋。
科学家们在实验室用激光轰击钻石表面,局部达到4000万大气压力时,钻石会变成液态,当压力减小到1100万大气压强时,温度降到5万℃,钻石又呈现出固态。
海王星地函是有可能达到这样的压力和温度的。
由此,有人构想出海王星上钻石海洋的画面,在晶莹剔透的液态钻石海洋上,一座座钻石山漂浮其上,美不胜收。
随便在钻石海里舀一勺海水,就发大财了。
可惜对于这样的财富人们只能做做梦而已。45亿千米的距离,5万℃的高温和千万大气压力,就是在很遥远的将来也是无法企及的。要知道太阳表面温度才6000K,就可以气化地球上的一切,而海王星的地函温度高出太阳表面10倍!
结论:极高温度和极高压力下的水会发生相变,成为某种“冰”。但此冰已经非彼冰,而是似冰非冰超高温稠密流体,我们可以把它称之为水的第四态吧?
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