原來水並非只有固態、液態和氣態,在深海還存在“第四種水”

自然界中水,一般情況下有

固態、氣態、液態

三個狀態,然而,科學家們卻發現,水第四種形態——

超臨界狀態

臨界狀態是什麼狀態?這是一種什麼水?

這是科學家

2008年

在海底發現的第四種水,一種

可以溶解各種物質的水

科學家們認為,第四狀態的水或許會成為

未來最強的溶劑

原來水並非只有固態、液態和氣態,在深海還存在“第四種水”

超臨界水

當壓力和溫度達到一定條件時,

水的密度和水蒸氣的密度是一樣的

,此時的水不是液態也不是氣態,被稱為

超臨界狀態

此時的水,

液體和氣體便沒有區別

,它們融合在了一起。

科學家們發現,超臨界水具有很強的

氧化性

,如果將物質放入超臨界水中,再充入

氧氣

,物質很快就會

被氧化

這個物質還會被溶解在了超臨界水裡面,如果是

可燃物質

,那麼超

臨界水就可以燃燒

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那麼水要在怎樣的環境下才能成為超臨界水呢?

當水的溫度達到了

374℃

,處於

22.1MPa

,就會進入超臨界狀態。

臨界狀態的水具有

無敵的溶解性

,任何物質都可以在裡面溶解,包括

金屬、岩石、甚至是生物

當物質進入超臨界水以後,成為了溶液,因此化學反應速度加快,是標準大氣壓、室溫下的

100倍。

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有這麼強大的水,為什麼還不投入使用?這是因為,超臨界水目前還存在於科學家的電腦模擬裡面,想要

真正獲取超臨界水

,困難非常大。

前面說到過,任何物質都可以在超臨界水中

被溶解

,那麼取水的機械儀器一碰到超臨界水就會被破壞,無法提取樣本。

而且超臨界水一旦

離開臨界溫度和氣壓

,就會變成

普通的水

,失去了研究的意義。

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2008年,德國的科學家科學家首次在

大西洋的海底熱泉口

發現超臨界水,但是的溫度達到了驚人的

464℃

,這是目前人類發現的

最高水溫

由於溫度實在太高,

普通的海底機器人

根本無法使用。

海底熱泉口對於生命來說無比重要,地球最初的生命就是誕生在這裡。

而在它的周圍發現了超臨界水,這不禁讓人猜測,生命的誕生會不會與第四種水有關。

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超臨界水與生命

我們常說

水是生命之源

,而這個水指的是海水,液態海水,畢竟

生命起源於海洋

然而在發現超臨界水之後,有科學家認為生命起源的水,

或許不是普通的海水

前面說到過,超臨界水可以

溶解一切物質

,那麼在地球剛誕生沒多久,海洋剛形成的時候,海底熱泉口的超臨界水中,溶解了許多物質,它們或許就只是一些岩石中的

無機物

而已。

這些無機物如果只是在單純的海水裡,是不會反應的,然而在超臨界水裡,一切都變了,它們

形成了一種新的物質--有機物

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這些有機物跟隨超臨界水離開了熱泉口,溫度下降之後,它們被析了出來,遊離在了液態海水裡,然後開始互相之間的合作。

從這一刻開始,地球進入了分子生命,然後一個叫

露卡

的生命出現,它具有當時天頂星級別的裝配——

細胞結構

於是從“露卡”開始,

一支全新的演化路線取代了分子生命

,成為了地球生命的主流,它們就是

細胞生命

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由此,一棵

生命演化的大樹

開始萌芽。

“露卡”就是包括今天自然界

所有細胞結構生物的共同祖先

,而最初的那個分子生命形態,被科學家懷疑是

病毒的祖先

總之,如果這個假說成立,那麼就可以證明生命的確是地球

在機緣巧合之下創造出來的

,不是外星來客。

以此類推,如果別的星球也有這樣的條件,比如海洋,裡面有海底熱泉口提供高溫,達到

水的超臨界值

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之後在超臨界水中,完成了

無機物到有機物的合成

然而這有個問題,很有可能別的星球的有機物合成和我們地球的不太一樣,比如它的超臨界水中含量最多的是矽,那麼最後演化出來的就會是

矽基生命

生命可以誕生在超臨界水裡面,那麼生命也會因超臨界水而更加精彩。

超臨界水如果將來被利用,那麼會有哪些方面的用途?

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超臨界水的作用

超臨界水可以由一般的液態水在

高溫、高壓

之下進行,這個環境可以在太空中達到。

那麼我們就可以

在太空中製備超臨界水

,然後將我們

想要的物質溶解在超臨界水裡面

,帶回地球。

或者直接將溶於超臨界水的物質拿來使用,比如

土衛六

上被認為存在很多

甲烷

,它們以

固態

的形式存在。如果我們

將甲烷溶解在了超臨界水裡面

,那麼就可以直接在太空中使用。

超臨界水也是很好的

反應介質

,兩種很難反應或者很難反應的物質,在超臨界水中就可以快速完成。

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如果我們能將其投入實際中,那麼很多我們無法克服的化學反應就能順利進行,或許真能製造出

矽基生命、硼基生命

等不可思議的模式。

而且臨界值的各種特性還會隨著溫度、壓強的變化而變化。

最先發現超臨界水的德國科學家們發現,在超臨界水

500℃

的時候充入氧氣,然後再放入

聚氯乙烯

,將其氧化。

之後再透過降溫的方式獲得

新的聚氯乙烯

,它可以

被降解99%

,並且不產生有害物質。這比現在垃圾處理直接焚燒產生有毒物質環保多了。

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然而,超臨界水雖好,卻很難製備,確切地說是很難操作。首先就是條件,需要

加溫、加壓

,這本身就需要耗費很多的能量進去,增加了成本。

其次,超臨界水溶解能力強,它會將一起破壞掉。因為它的溫度這麼高,人不可能到現場做實驗,必定是在機械的幫助下完成。

然而,機械可能一碰到它就“化了”。

自然界的超臨界水已經在2008年被發現,為什麼14年過去了,關於超臨界水的研究依然沒有取得巨大的進展呢?

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新的體系

這是因為科學家們發現,一般的物理知識,在超臨界水中無法正常使用。

正常的

流體力學

無法用在超臨界水身上,因此研究才會進展得非常緩慢。

因此有科學家呼籲,應該建立一套屬於

超臨界水的動力學體系

,才能更好地發展。

然而這對才起步的超臨界水來說,是一條很長的路。

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超臨界狀態也並不完全侷限於水,氣體以及其他液體也存在同樣的狀態,所以真要研究的話,這將是一個

充滿挑戰的未知領域

如果在這上面取得突破進展,那麼人類的科技或許會直接一個飛躍。

這其中,水的臨界條件太過於苛刻,因此研究的方面很少,但是別的物質可就不一定了。

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比如二氧化碳,它的臨界溫度和臨界壓力都比較小,臨界溫度只有

31.26℃

,臨界壓力只有

7.38MPa

,比較容易實現。

所以我們對超臨界的二氧化碳研究得比較多,它

價格便宜還沒有毒性,活性較低

鐵蛋白-二氧化碳

常被用來

萃取非極性和略有極性的物質

在超臨界狀態下,物體會具有

氣、液的雙相性質

,可以被用在很多方面。可以透過改變溫度和壓力改變溶解度,所以在醫學上有很高的前景。

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目前人類獲得的超臨界體還不多,也難怪科學家們會說,未來的世界屬於超臨界體。