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1升水從11000米海底取上來,用密封容器裝著,會發(fā)生什么?

2021-05-12 20:15 作者:徐德文科學(xué)頻道  | 我要投稿


有人問,如果用密封容器從馬里亞納海溝底部取一升水,到海面的時候會發(fā)生什么?

這里首先要澄清一個誤區(qū),即液體是不可壓縮的。很多人都知道液體是不可壓縮的,所以可以用于液壓裝置傳遞能量。比如汽車的剎車,就是用管子和汽車的四輪相連,踩剎車的時候壓力就通過液體傳到剎車裝置上,抱緊輪轂使其停止轉(zhuǎn)動。如果管子破掉的話,剎車就會失靈,踩下去就沒有力給剎車裝置,但這樣的情況極為罕見,尤其在轎車上。

然而世界上沒有不可壓縮的東西,因為任何物質(zhì)都是由分子、原子及更基本的粒子組成,相互之間肯定有間隙。有間隙就能夠壓縮,只是看你的壓力加得夠不夠,在絕對的壓力之下,別說液體,就是鋼材、中子星也會被壓縮,根本就沒有能不能壓縮的問題,有的只是能壓縮多大程度的問題。

所以水肯定也是能壓縮的,水的體積模量為2.19×10^9Pa,相當(dāng)于在大約220個大氣壓下,可以將水的體積壓縮約1%。在4公里深的海底,壓力約為400個大氣壓,海水體積會被壓縮約1.8%,也就是說海平面的一升海水,到這里就壓縮成0.982升了;即使一塊鋼,在4公里深的海底,也會被壓縮0.025%。

那么在太平洋地球最深的馬里亞納海溝,最深處約11000米,相當(dāng)于約1100個大氣壓,海水將被壓縮到海平面體積的約4.96%。當(dāng)你用一個密封容器把它裝好,提升到海面的時候,它的體積應(yīng)該膨脹到約1.05倍,相當(dāng)于要釋放1100個大氣壓的壓力,無疑是極為可怕的。需要注意的是,這里說的都是海水,海洋表面和海底不同深度的海水密度、體積變化,也指的是海水,不是通常意義上的水。

上世紀(jì)30年代,第一個潛水球的發(fā)明者奧蒂斯·巴頓和威廉姆·畢比,就記錄了一次意外事故驚心動魄的發(fā)生過程。

潛水球是利用澆鑄用鋼制成的圓球,壁厚2.5厘米,直徑1.45米,可容納兩人潛入深海。球壁上開了三個圓孔,有兩個安裝了當(dāng)時最堅固的透明材料——7.6厘米厚的熔融石英玻璃,分別用來照明和觀察外面,第三個孔則暫時用鋼栓塞上,以后用于安裝膠卷相機(jī)。另外還開了一個艙口用于人員進(jìn)出,質(zhì)量達(dá)180千克。

在一次數(shù)百米深(具體不詳)的無人下潛時,當(dāng)潛水球被拉上船后,畢比發(fā)現(xiàn)里面幾乎充滿了水,他意識到發(fā)生了滲漏,里面水壓肯定很大,極為危險。于是命令船員讓開,自己開始松開艙口的螺栓以打開艙口,然而在毫無預(yù)兆的情況下,銅螺栓突然像炮彈一樣飛了出去,筆直地射到9米外甲板上的鋼絞盤上,鑿出了一個直徑13毫米的缺口。緊接著一股固態(tài)的水柱從潛水球中沖了出來,變成瀑布,然后和空氣混在一起,變得像炙熱的蒸汽一樣,而不是冰冷的水。

一位運(yùn)氣超好的攝影師竟拍下了當(dāng)時的情形

畢比驚魂未定,稱如果他和巴頓乘坐潛水球就這樣下水的話,根本就來不及被滲漏進(jìn)來的水淹死,而是最初滲進(jìn)來的那幾滴水,就足以像子彈一樣洞穿他們的身體。

所以事情就很清楚了,你要想用一個密封容器從馬里亞納海溝11000米深處打上來一升水,你要么得用一個堅固的能夠承受1100個大氣壓的容器,要么可以用一個能夠膨脹變形的容器,讓這一升水在到達(dá)海面的過程中逐漸變成常壓的水,膨脹到海底體積的1.05倍——其實(shí)一個氣球就夠了。

但無論你用哪種辦法,如果你有辦法讓這個裝滿11000米海底高壓水的容器瞬間到達(dá)海面的話,很可能引發(fā)一場爆炸,容器越大,爆炸的威力也越大。

一些朋友可能就要問了,假如把水一直加壓下去,又會發(fā)生什么呢?比如地球海底最深處不是11000米,而是110公里,1100公里呢?


答案是,水將會被壓成冰,甚至金屬,然后是中子星物質(zhì),最后是黑洞。

當(dāng)?shù)厍蛏虾Q蟮纳疃冗_(dá)到100公里到1000公里的時候,最下面的水可能就被會壓成水冰,成為固態(tài)的形式了。

而壓力超過1000萬個大氣壓,達(dá)到木星內(nèi)部的壓力,水就可能變成金屬的形式了。

而如果壓力再加大的話,水分子里面的氫氧原子可能也會扛不住,電子被壓進(jìn)原子核與質(zhì)子結(jié)合,形成中子,變成致密的中子星物質(zhì)。

如果再加壓,當(dāng)然你懂的,肯定就是黑洞了。理論上任何物質(zhì),你不斷地向它施加壓力,最終都會變成一個黑洞,畢竟黑洞就是這樣煉成的。

當(dāng)然,后面這些都是高度投機(jī),猜測性的說法了,水在如此巨大的壓力下究竟會發(fā)生什么,恐怕現(xiàn)在還沒有人能研究清楚,更別說實(shí)驗驗證了。

那么能不能制造一種不需要炸藥的炸彈,里面裝滿超高壓的水,從空中落下撞擊地面產(chǎn)生爆炸呢?要多大的壓力,多大的體積,才能產(chǎn)生和平常炸彈差不多的威力呢?這個問題就留待讀者自己思考了。




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