在陸地上,前蘇聯曾經挖了一個科拉深坑,深度為12262米。在挖掘科拉深坑時,挖到一定深度後,溫度會變得非常高,大概每下降100米,溫度升高2攝氏度。在最深處,溫度超過了300攝氏度,導緻挖掘科拉深坑的鑽孔經常被高溫損壞,不得不投入大量資金購買鑽頭。
然而在海洋中,也存在一個萬米深的地方,這就是馬裡亞納大海溝,它是由于亞歐闆塊和太平洋闆塊俯沖而形成,這裡的深度大約為1萬零862米。但是它的溫度和馬裡亞納大海溝差别巨大,隻有2度左右。
為什麼同樣是萬米深度,一個是超300攝氏度,一個卻隻有2度呢?
馬裡亞納大海溝1960年,科學家乘坐裡雅斯特号深海潛水器,成功下潛到馬裡亞納大海溝進行考察,考察結果顯示,這裡的水壓高達1100個大氣壓,在沒有保護的情況下進入到這裡,就像是被壓在山腳下一樣,很可能把人的脊椎壓斷,因此很多生物都無法在這裡存活。
除了較強的大氣壓外,這裡的溫度非常低,隻有大約2攝氏度,至于溫度低的原因,科學家介紹說:海水溫度的變化并非是線性的,而是随着深度的增加,溫度下降的幅度越來越小,這樣即使在萬米深的海域中,溫度也沒有低于0度,因此馬裡亞納大海溝的水仍可以保持液态形态。
我們知道,在壓強較大的地方,可以把氣體,液體壓縮成固體,比如:木星内部的地核,由于壓強過大,導緻氫被壓縮成了金屬氫。
根據水的相圖,想要把水壓縮成固體,不同溫度下需要的氣壓不相同,大約1000-100000大氣壓,如果達到1千萬大氣壓,液态水将會變成金屬水。而馬裡亞納海溝由于壓力不夠大, 仍舊以液态水的形式存在。
但是在馬裡亞納大海溝的海底熱泉口附近,水以超臨界水的形式存在。
在海底熱泉口的煙囪裡,這些熱泉會将地幔層中的高溫物質噴出,導緻海底熱泉口附近的溫度達到300-400攝氏度。
在這麼高溫的環境下,水并不是以氣态形式,而是以超臨界水存在,在這裡,水的液态和氣體沒有區别,而是完全交融在一起,呈現高溫高壓下的流體狀态。
馬裡亞納海溝的生物
一般情況下,超過萬米的海底很少有生物生存,這是因為生命的活動需要依賴能量,而大多數能量都來源于太陽光線。
由于海水隔絕了大多數光線,導緻海底植物無法利用光合作用生産能量,以至于海底的生物隻能依靠海洋上方飄落的碎屑以及浮遊生物為生,但由于大多數碎屑和浮遊生物都無法飄落至此,所以馬裡亞納海溝的生物非常稀少。
然而,科學家卻在海底熱泉口附近,發現了大量的生物,這些生物的能量究竟來自于哪裡呢?
其實,這裡的生物依賴能量的方式并不是光合作用,而是熱泉口附近高濃度的離子濃度差。
英國科學家彼得.米切爾介紹說,生物生産能量的過程,和水電站原理差不多,都需要落差,當上遊的水到達的下遊時,巨大的沖擊力會帶動水輪機轉動,從而産生電能。
而生物使用的并不是水位差,而是濃度差,科學家在細胞裡發現了産生能量的地方:線粒體,它的膜隻有5納米厚,當膜兩側的氫離子濃度差極其顯著時,以至于跨越5納米的厚度,電壓的差别就有150毫伏,而這就是能量的來源。
後來,科學家真的觀察到了這種物質的存在,而且它們的工作原理真的和水電站非常相似,有一個類似于”水輪機“一樣的結構,當細胞膜兩側有較高的濃度差時,會帶動它的轉動,從而生産能量。
馬裡亞納海溝雖然大多地方生物稀少,但在有熱泉口的地方,由于具有高濃度離子差,可以為生物提供能量,因此在海底熱泉口附近存在着大量的生物,要知道這裡溫度高達300-400攝氏度,并且具有強酸強堿,按理說這裡應該不會有生物生存,但科學家卻發現這裡生機勃勃。
目前科學家普遍認為:海底熱泉口就是地球生命誕生的地方。
總結馬裡亞納海溝雖然海水溫度低,海水壓力大,但這裡的水并沒有以固體的形式存在,仍舊是液态,但在海底熱泉口附近,馬裡亞納海溝的水又會以超臨界水的狀态存在。
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