從萬米深海裝一瓶水上來還有巨大壓力嗎?


瀚海狼山認為,在詳細回答這個問題之前,我們應該先了解常見物質的4種形態(tài),最常見的則為3種,就是我們常常說的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài),其實第4種形態(tài)是等離子態(tài),還有其他的形態(tài),日常生活中很少見,就不多說了。
最常見的三態(tài),從微觀上講,差距在于組成宏觀物質的原子(或者說分子)之間的空隙的大小。若原子間空隙太大,物質分子或原子之間相互作用比較小,流動自由,那么這種物質基本就是氣態(tài);若物質原子間空隙不大,相互吸引力比較強,但是還強不到達到保持宏觀物體基本穩(wěn)定的程度,還會自由改變形狀,那么這種物質就是液態(tài);當物質之間的原子或者分子作用力更強,更加緊湊,宏觀位置不能隨意變形,這就是固態(tài)。
其實氣態(tài)和液態(tài)、固態(tài)之間的分子空隙差距巨大,而液態(tài)和固態(tài)之間的分子空間差距已經不大。因此氣態(tài)物質是很容易被壓縮的,體積甚至會被壓縮幾百上千倍,就如液化氣一樣。
氣態(tài)物質可以直接被壓縮成液體,甚至再加壓會變成固態(tài)金屬,比如氫氣。但是常態(tài)是液態(tài)的物質,已經很難被壓縮,比如液態(tài)純水。降低溫度會讓液態(tài)純水輕易變成冰,但是變成固體的冰非但密度不會變大反倒會變小,也就是體積反倒更大了。純水是很難被壓縮的,更不會因為壓縮而變成固態(tài)。

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目前全世界最深的馬里亞納海溝的挑戰(zhàn)者海淵,最大深度超過海平面下11034米,也就是相當于1104個大氣壓,但是這種壓力之下,這個深度的海水基本性質變化不大,仍然可以自由流動,而且還有海蝦等動物自由生存其中。
曾經有人說到:用一個盒子裝上萬米深的海水,迅速上岸的假設,問水的壓力還能不能持續(xù),這個問題的問法,本身是有問題的。
前面說了,水是很難被壓縮的。萬米海淵下,承受1104個大氣壓的一千克水的體積,和陸地上只承受1個大氣壓的一千克水的體積變化,不用專門的儀器,差異幾乎無法計量。也就是說,若深海取水的這種所謂的盒子,若本身外殼的厚度和強度不夠,深海取水迅速提升減壓后,若被內部的原先1104個大氣壓下的海水哪怕頂?shù)纳晕⒂幸稽c點變形擴大,那么這個盒子里,提上來的深海水的壓力就消失了。就變成了普通的海水,除了還有成分分析價值,他的高壓形態(tài)價值其實已經不存在了。
實際上,現(xiàn)在各大國確實有專門從數(shù)千米深海取水的“盒子”,不過外觀可不是什么盒子,而是一個個巨大的“鋼球”或者說是“鋼肋球”,一個球的直徑可能比轎車輪胎的直徑還大,但是每個這類鋼球內部,卻只能裝大約半礦泉水瓶的深淵水,鋼球巨厚的外殼,就是為了防止灌進去的深淵高壓水,把外殼頂變形后造成壓力消失!這種取水裝置設計巧妙,只有到一定的壓力海水才能灌進去,灌進去就自動高壓密封。

最近,國內某大學研發(fā)的超高壓雙向密封、樣品壓力維持與轉移處理等深海關鍵技術,解決了地球深淵水體采樣面臨的樣品保壓困難、氣體組分容易散失等難點,終于研制成功萬米深淵保壓氣密取樣器。中國制造的世界上首個萬米深淵保壓氣密取樣器到達深度超過10800米的海底,獲得近2800毫升保壓氣密水樣。這是世界上首次在萬米深度獲得的保壓氣密水樣!
超深海水體取樣,密封保壓技術,直接和大潛深潛艇技術有關,我們在這方面已經率先突破。