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零下八十摄氏度,水以液态形式存在

时间:2020-09-23 14:01:01 来源:科技日报

美国能源部太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员在最新一期《科学》杂志撰文指出,他们首次对超冷水进行测量后发现,在零下80摄氏度的极低温度下,水以液态形式存在,且由两种液体混合而成。最新研究增加了我们对水的深层了解,也可以帮助科学家解释液态水为何能在木星、土星等冰冻星球上存在。

  研究人员指出,有关处于最极端温度之下液态水的行为,科学家迄今已提出了诸多假设。比如,有科学家想知道,在零下83.15摄氏度的极低温度下,水是否能以液体形式存在。厘清这些问题非常重要,因为水覆盖地球71%的面积,深入了解水对于我们洞悉其如何调节环境、我们的身体乃至生命本身都至关重要。

  PNNL化学物理学家格雷格·金梅尔说:“我们的研究证明,在极冷温度下,液态水不仅相对稳定,而且由两种结构混合而成。”

  25年来,金梅尔和同事布鲁斯·凯一直在研究水的古怪行为。他们提出了各种模型来解释水的异常特性。在最新研究中,他们使用红外光谱技术,成功观察到了用激光摧毁一层薄冰时水分子的定格运动,制造出了持续时间仅几纳秒的超冷液态水。

  他们使用超冷水的定格“快照”获得的新数据表明,超冷水可以凝结成致密的类似液体的结构。这种较高密度的结构与较低密度的结构共存。随着温度从零下28.15摄氏度降至零下83.15摄氏度,高密度液体的比例迅速下降,表明零下83.15摄氏度的水由两种结构混合而成。

  金梅尔表示,这项研究可能有助于解释霰是如何形成的。在冷天暴风雪发生前,有时会有小小的白色蓬松颗粒从天而降,这种现象被称为霰。他们的研究表明,霰由雪花与大气上层的超冷液态水相互作用形成。

  这些研究还可能有助于了解液态水如何在太阳系内的冰冻星球——木星、土星、天王星和海王星上存在;此外,超冷的水蒸气还形成了彗星身后引人注目的彗尾。

  研究人员称,新研究可以揭示液态水在密闭环境中的行为,未来他们也可以借助这项研究中用到的技术,追踪各种化学反应背后分子如何重新排列。

  总编辑圈点

  水,似乎一眼就能被看穿,但深究起来就会发现,它可真不简单。一个H两个O,这么平淡无奇的构成也能玩出各种花样。它神秘,又奇特。比如,纯水很难在刚好低于冰点的温度结冰,而且在液相转化为固相时,水的体积不是缩小,而是增大。人们一直很想知道,低温状态下的水分子究竟如何行动。新研究显示,超低温下的水由两种完全不同的结构混合而成。水太重要,它被认为是生命的起源。那么,在寒冷星球上,是不是也有以千奇百怪方式存在的液态水呢?

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编辑: 刘坤媛
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