深海,科学家发现“第四种相”:物质并非只有固态、液态和气态( 二 )


但目前海王星和天王星科学家并不清楚 , 现有的太阳系模型还不能完全展现出所有天体的状态 。
来到我们的地球 , 这种超临界流体就更加常见了 。
比如说石油行业的开采 , 大部分石油开采点都有气藏 , 而且基本处于超临界点 。

比如甲烷这种气体 , 它的临界压力在4.6兆帕 , 临界温度在零下83度左右 。
因此甲烷要形成超临界流体还是比较容易的 , 因为地层温度和压力处于超临界区的底部 , 并且靠近气相区 , 不过这也不是绝对 。

根据我们前面所讲的超临界流体的变化特征 , 因此甲烷在开采过程中可能会呈现油藏 , 又或者是气液状态 , 接近于挥发油 , 也有可能是凝析气 。
这些变化需要看具体的温度和压力变化差异才能得知 。
所以 , 从物质形态转变上来讲 , 任何一种物质都有其自身的超临界流体状态 。

那既然如此 , 为什么二氧化碳的超临界流体却引起了科学家们的注意呢?
超临界流体引导生命转变?这个问题还是要从超临界流体本身说起 , 二氧化碳的这种临界变化需要较为复杂的环境才能完成这种形态的转变 。
我们先来看看下面这张图 。

很明显 , 当它低于临界温度时 , 随着压力的增加 , 气体二氧化碳会被压缩并冷凝成密度更大的液体 。
当它接近临界温度时 , 平衡二氧化碳气体状态的密度增高 , 这时液体的密度变低 。
在临界点时 , 密度不会有差异 , 两相变成了一流相 。
因此 , 高于临界温度的气体不能通过压力液化 。

简单来讲 , 二氧化碳的超临界状态必须同时满足31摄氏度和73个大气压以上才能形成 。
但是这种环境要求在自然界中是极为罕见的 , 因为能同时满足这种条件的地方几乎没有 。
然而 , 在西太平洋深海的热液区 , 由于海底岩浆的活动 , 以及深海的压力作用 , 使得二氧化碳有机会形成这种状态 。

深海热液区是深海中最活跃的地区之一 , 由于地壳内部的热液循环作用 , 使得流体被加热并形成对流 。
这些流体在地底火山的作用下被带出 , 被喷出的区域也被科学家们叫做“黑烟囱” 。
西太平洋深海底部的热液流体中就包含较多的二氧化碳 , 在二氧化碳的热液区域 , 由于岩浆的脱气作用使得热液区深部不同物质相出现分离 , 热液流体中的二氧化碳因此也开始聚集起来 。

热液区提供的温度和压力使得二氧化碳能够以超临界态出现 。
这是超临界态二氧化碳在自然界中被发现的第一点 , 其二是这可能揭示了地球生命的起源 。
过去科学家在研究地球生命起源时 , 有一个假说就认为地球的原始大气来源于深海热液系统 。

远古时期的嗜热菌可能是所有生物的祖先 。 但是这种假说缺乏一种证据 , 因为热液区域中缺乏氮 , 这是合成氨基酸的关键元素 。
此次发现不仅向人们展示了自然界中存在的超临界态二氧化碳 , 科学家们还在这种流体状态中发现了大量的氮气成分 , 因此科学家也在推测这其中可能存在有机物 。

如果研究进一步成立 , 那这极有可能在未来改变人们对于生命起源的认知 。
所以说这次的发现可谓关系生命的未来和过去 , 人们又一次地认识到地球内部的活动变化会给生命带来怎样的改变 。
另外在实际生活的应用里 , 这种超临界流体其实出现的地方还不少 。
比如干洗店里的超临界二氧化碳 。

如果在可溶于二氧化碳的去污剂中加入这中超临界流体 , 这便会极大地提升溶剂的去污能力 。
类似的应用还包括化学反应溶剂、浸渍、染色等等 。
另外在各类化工产业和加工业里也会出现对超临界流体的运用 。

话说到最后 , 超临界状态流体到底是哪种相态呢?
严格来讲 , 这种流体实际上是较为稳定的处于在一个单相相区 , 它不属于任何一种相态 , 但又是在三相之中接近于某种相 。

【深海,科学家发现“第四种相”:物质并非只有固态、液态和气态】只需要掌握物质的三相临界点和温度压力之间的关系 , 我们便能够制造出这种超临界流体 。

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