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水覆盖了我们星球的大部分，水散布在天空中。水充满我们细胞的程度比我们意识到的要大得多：细胞有三分之二都充满了水。水分子是如此之小，以至于如果要计算我们体内的所有分子，99% 都是水分子。 水是地球上最广为人知的液体，因此我们大多数人都认为，关于水没有什么新奇有趣的东西可说。然而，这是一个很大的误解！如此简单的水其实并不简单。水究竟隐藏着怎样的奥秘？它有哪些神奇甚至独特的特性？这就是我们将在文章中讨论的内容。  水是怎么来的？关于水的起源有几种假说，可以分为两类。一类是宇宙起源假说，另一类是地球起源假说。根据宇宙假说，水是以 '现成 '的形式出现在地球上的，与此同时，数十亿年来陨石、彗星和小行星的碎片也落在了地球上。还有一种假设认为，太空物体 '运送 '到地球的只是水的独立成分，然后这些成分发生反应形成了水。 更多的支持者认为水起源于地球。这种假设的基础是，在地球形成的高温阶段，各种气体，包括氢气和氧气，以及它们的化合物--水蒸气，通过地壳裂缝渗透到地球表面。然后，它们在地球表面凝结成水，积聚在地势较低的地方，形成海洋和湖泊。 根据科学家们的假设，'地质 '水可以以每年 0.5 - 1 立方公里的体积浮出地表，因此可以确定，在地球的整个历史中，水的形成应该与它包含的世界海洋一样多。 地球上的水储量是巨大的。如果我们把全部水量想象成一滴巨大的水珠，那么它的直径将达到 1500 公里。如果水均匀地分布在整个地球表面，那么这样一个海洋的深度将达到 2.7 公里！ 违反自然规律早在十九世纪初，人们就知道水违反了某些自然规律，稍后，门捷列夫的元素周期表问世，他在周期表中列出了各种元素的性质和化合物。然而，事实证明，水经常违反周期表的规律。 根据门捷列夫周期表的逻辑，水应该在零下 90 摄氏度结冰，但它却在 0 摄氏度结冰；沸点应该在零下 70 摄氏度，但水却在 100 摄氏度沸腾。这些特性也不是水作为一种独特物质的全部特性。水的大部分物理和化学性质都很特殊。 随着科学家们对水研究的不断深入，他们发现了越来越多的水的特性，其中许多特性还无法解释。有趣的是，虽然水是衡量体积、密度、热量和其他指标的基准，但它本身却是一种几乎反常的物质。 水的独特性质冻结时膨胀 大家都知道，所有物质在从液态变为固态时，都会在冻结时收缩。但水不会！相反，水会膨胀。它的体积增加了 9%。 问题的关键在于，当结冰时，水分子开始彼此远离，因此，质量保持不变，但体积却增大了。为了更直观地说明这一过程，我们可以把一罐水和一罐冰放在天平上。我们会发现水比冰重。 根据自然规律，冰应该沉入水中，因为在从液态到固态的转变过程中，物质的密度会增加。那么会发生什么呢？很明显，海洋、湖泊和河流都会结冰，所有生物都会死亡。 幸运的是，这种情况在自然界中并没有发生，因为冰的密度比水低，所以它能保持在水面上，成为冷空气和水之间的屏障，防止冷空气进一步冷却和水体完全冻结。 四度 众所周知，在 4°C 时，水的密度最大，因此重力也最大。在这一温度下，水体（或水箱）中的水总是会沉入水底，直到温度变高或变冷后才会浮出水面。 由于水库中水的这一特性，水层会不断混合。这对水体中的任何生物来说都是一个非常重要的过程，因为下层的氧气含量很低，只有上层的氧气含量很高，才有可能补充氧气。 热特性 水在任何生物体内最重要的功能之一就是防止生物体过热。任何液体在蒸发时都会向环境散发热量。然而，没有任何其他物质能够像水一样散发出如此多的热量，这就是为什么水是我们体温的最佳调节器。水还具有异常高的热容量：当被加热 1° C 时，水吸收的热量是其他物质的 5-30 倍。 水的这些独特品质不仅对人体很重要，对我们星球的生命也很重要。由于世界海洋水域的这种热容量，地球上没有明显的冬夏温差和昼夜温差。因此，位于海边的地区气候最温和、最适宜居住。相反，远离大陆的内陆地区气温变化很大，甚至一天之内都会有很大变化。例如，在撒哈拉沙漠，日温差可达 50 摄氏度。 水的另一个神奇特性是它的高熔融潜热。水的这一特性保护我们免受灾难性洪水的侵袭。由于冰雪融化缓慢，土壤有时间吸收大量水分，因此春季洪水往往会受到抑制。 粘度和溶解能力 水的另一个有趣特性是它的粘度。令人惊讶的是，水的粘度会随着压力的增加而降低，而其他液体的粘度则会增加。这就解释了为什么即使在很深的地方，在高温高压下，地下水也能流动，包括流向地球表面。因此，植物可以利用地下水生存和生长，人类也可以利用地下水满足自身需要。水是自然界中最好的溶剂，这是由水的特殊结构决定的。 水 '记忆 '信息的能力 这是水的独特特性之一，有人对此表示怀疑，也有人在继续研究。也许怀疑的原因是水的这种神奇特性难以解释。但是，如果我们不知道如何解释一种现象，并不意味着它不存在。 众所周知，磁场的变化会对天然水产生影响。此外，声音信号、电场、辐射、湍流等也会改变水的性质。这些影响的机理是什么？ 液体（以及气体）的特点是其中的分子排列混乱。然而，水也是一个例外。通过对水的结构进行 X 射线研究，我们可以得出结论：水的结构更接近于固体，而不是气体，因为水分子的排列有一定的规律性。 此外，我们还发现，冰融化后得到的水和蒸汽冷凝后收集的水，其分子结构是不同的，因此会有差异和一些特性。众所周知，融化的水对生物体有益处。 结构差异会持续一段时间，因此可以说水存在 '记忆'。由于水受到这种或那种影响，它会 '写下 '接收到的信息，将其分子构建成一种或另一种结构。这就是为什么在主显节献祭的水被认为具有疗效的原因。 哪种水结冰速度更快？ 我们上学时都做过热水和冷水的实验，将其放入冰箱并记录冷冻时间。令人惊讶的是，热水（距离冰点更远！）结冰的速度更快。为什么会发生这种情况？ 据信这一事实是由坦桑尼亚学生 Erasto B. Mpemba 在 1963 年首次注意到的。此后，人们进行了一系列实验，并对这一现象给出了解释，此现象后来被称为“姆潘巴效应”。然而，众所周知，早在这位好奇的学生之前，亚里士多德、弗朗西斯·培根和勒内·笛卡尔就引起了人们对水这种神奇特性的关注。 根据一定的规律，冷水从上层开始结冰，而在热水中，下层首先结冰。冷水表面形成的冰阻止了深层与冷空气的紧密接触，结冰过程大大减慢。在热水中，各层与冷空气的接触毫无困难。 过冷 众所周知，水冷却到0°C时会变成冰。然而，在某些条件下，即使水的温度降至冰点以下，水也能保持液态。如果环境不包含可能导致冰晶形成的结晶中心或结晶核，则这是可能的。 但如果你开始结晶过程，那么这种“过冷”的水就会立即变成冰。应该指出的是，温度超过沸点的“过热”水可以保持液态。 玻璃水 在-38℃的任何条件下，即使是最纯净的过冷水也会瞬间变成冰。如果温度继续下降并达到-120°C，会发生什么？水会变得超粘稠，类似于糖蜜。如果温度降至-135℃，水就会变成“玻璃态”或“玻璃态”水，是一种没有晶体结构的固体。 水的沸腾程度不同 当水在地球上沸腾时，会形成数千个小蒸汽泡。在零重力条件下，沸水会形成一个巨大的气泡。该实验于1992年首次在航天器上进行。物理学家解释了由于重力导致的对流和浮力的缺乏而获得的结果。 表面张力 水具有独特的表面张力，这使得水的顶层类似于柔性膜。为了清楚起见，您可以通过小心地将金属夹放在水面上来进行简单的实验。金属的密度比水大，根据物理定律，回形针应该下沉，但这种情况并没有发生。当我们观察某些昆虫（例如蜻蜓）沿着水库表面快速移动时，也会发生相同的效果。 沸腾的雪 当水温与环境温度存在巨大差异时，就会出现这种独特的现象。例如，在严重霜冻的时候，如果你把一壶开水拿到室外，“泼”到空气中，水就会立即变成雪。 事实上，冷空气的密度非常高，分子彼此非常接近，以至于它们之间几乎没有空间来容纳蒸汽。沸腾的水产生大量的蒸汽，空气中的水被分成水滴，水滴中有足够的空间携带蒸汽。由于蒸气的含量远远超过空气所能容纳的量，因此它会“沉淀”，附着在空气中的微粒上并形成晶体。这就是雪花的形成过程。 独一无二的奇迹 既然我们谈论的是雪花，我们应该说每片雪花都是独一无二的；本质上没有两片是相同的。在形成的那一刻，雪花的形状是一个简单的六角棱柱。每次冷冻都会产生一组独特的条件：由于不同的温度、湿度和气压，分子的某一部分会丢失。 这些条件不断变化，哪怕是轻微的变化都会导致另一片雪花的形成。条件组合的选项数量如此巨大，以至于雪花不会重复出现。同样令人惊讶的是，所有雪花总是具有完美的六边形对称性。 毛细管效应 如果将湿茶包放在餐巾纸上，大部分茶包很快就会变湿。水甚至可以上升垂直悬挂的餐巾。这种现象称为“毛细管效应”。 带有袋子和餐巾的示例是家庭演示毛细管效应的一个选项。在实验室中，使用包括称为“毛细管”的细管的装置来研究这种现象。将石英毛细管垂直放置在盛有水的容器中，管内的水很快就会上升到超过容器中水位的高度。水真的能抵抗重力吗？ 我们不仅可以在实验室或家里观察毛细管效应。这种现象发生在自然界，尤其是植物界。不然我们还能如何解释水从高大的树干上升到树冠的事实呢？例如，红杉的高度是100米。来自根部的水通过狭窄的木质部导管上升到树冠的最顶部并到达每片叶子。 显然，还有更多与水有关的发现等待着我们。毫无疑问，这种无色透明、无味无嗅的液体会给我们带来更多的惊喜。但无论水蕴藏着什么秘密，它永远是地球上生命的基础。 |
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