1升水从11000米海底取上来,用密封容器装着,会发生什么?

2021-05-12 20:14:32 徐德文科学频道

有人问,如果用密封容器从马里亚纳海沟底部取一升水,到海面的时候会发生什么?

这里首先要澄清一个误区,即液体是不可压缩的。很多人都知道液体是不可压缩的,所以可以用于液压装置传递能量。比如汽车的刹车,就是用管子和汽车的四轮相连,踩刹车的时候压力就通过液体传到刹车装置上,抱紧轮毂使其停止转动。如果管子破掉的话,刹车就会失灵,踩下去就没有力给刹车装置,但这样的情况极为罕见,尤其在轿车上。

然而世界上没有不可压缩的东西,因为任何物质都是由分子、原子及更基本的粒子组成,相互之间肯定有间隙。有间隙就能够压缩,只是看你的压力加得够不够,在绝对的压力之下,别说液体,就是钢材、中子星也会被压缩,根本就没有能不能压缩的问题,有的只是能压缩多大程度的问题。

所以水肯定也是能压缩的,水的体积模量为2.19×10^9Pa,相当于在大约220个大气压下,可以将水的体积压缩约1%。在4公里深的海底,压力约为400个大气压,海水体积会被压缩约1.8%,也就是说海平面的一升海水,到这里就压缩成0.982升了;即使一块钢,在4公里深的海底,也会被压缩0.025%。

那么在太平洋地球最深的马里亚纳海沟,最深处约11000米,相当于约1100个大气压,海水将被压缩到海平面体积的约4.96%。当你用一个密封容器把它装好,提升到海面的时候,它的体积应该膨胀到约1.05倍,相当于要释放1100个大气压的压力,无疑是极为可怕的。需要注意的是,这里说的都是海水,海洋表面和海底不同深度的海水密度、体积变化,也指的是海水,不是通常意义上的水。

上世纪30年代,第一个潜水球的发明者奥蒂斯·巴顿和威廉姆·毕比,就记录了一次意外事故惊心动魄的发生过程。

潜水球是利用浇铸用钢制成的圆球,壁厚2.5厘米,直径1.45米,可容纳两人潜入深海。球壁上开了三个圆孔,有两个安装了当时最坚固的透明材料——7.6厘米厚的熔融石英玻璃,分别用来照明和观察外面,第三个孔则暂时用钢栓塞上,以后用于安装胶卷相机。另外还开了一个舱口用于人员进出,质量达180千克。

在一次数百米深(具体不详)的无人下潜时,当潜水球被拉上船后,毕比发现里面几乎充满了水,他意识到发生了渗漏,里面水压肯定很大,极为危险。于是命令船员让开,自己开始松开舱口的螺栓以打开舱口,然而在毫无预兆的情况下,铜螺栓突然像炮弹一样飞了出去,笔直地射到9米外甲板上的钢绞盘上,凿出了一个直径13毫米的缺口。紧接着一股固态的水柱从潜水球中冲了出来,变成瀑布,然后和空气混在一起,变得像炙热的蒸汽一样,而不是冰冷的水。

(一位运气超好的摄影师竟拍下了当时的情形)

毕比惊魂未定,称如果他和巴顿乘坐潜水球就这样下水的话,根本就来不及被渗漏进来的水淹死,而是最初渗进来的那几滴水,就足以像子弹一样洞穿他们的身体。

所以事情就很清楚了,你要想用一个密封容器从马里亚纳海沟11000米深处打上来一升水,你要么得用一个坚固的能够承受1100个大气压的容器,要么可以用一个能够膨胀变形的容器,让这一升水在到达海面的过程中逐渐变成常压的水,膨胀到海底体积的1.05倍——其实一个气球就够了。

但无论你用哪种办法,如果你有办法让这个装满11000米海底高压水的容器瞬间到达海面的话,很可能引发一场爆炸,容器越大,爆炸的威力也越大。

一些朋友可能就要问了,假如把水一直加压下去,又会发生什么呢?比如地球海底最深处不是11000米,而是110公里,1100公里呢?

答案是,水将会被压成冰,甚至金属,然后是中子星物质,最后是黑洞

当地球上海洋的深度达到100公里到1000公里的时候,最下面的水可能就会被压成水冰,成为固态的形式了。

而压力超过1000万个大气压,达到木星内部的压力,水就可能变成金属的形式了。

而如果压力再加大的话,水分子里面的氢氧原子可能也会扛不住,电子被压进原子核与质子结合,形成中子,变成致密的中子星物质。

如果再加压,当然你懂的,肯定就是黑洞了。理论上任何物质,你不断地向它施加压力,最终都会变成一个黑洞,毕竟黑洞就是这样炼成的。

当然,后面这些都是高度投机,猜测性的说法了,水在如此巨大的压力下究竟会发生什么,恐怕现在还没有人能研究清楚,更别说实验验证了。

那么能不能制造一种不需要炸药的炸弹,里面装满超高压的水,从空中落下撞击地面产生爆炸呢?要多大的压力,多大的体积,才能产生和平常炸弹差不多的威力呢?这个问题就留待读者自己思考了。

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