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海底水压 为什么那里的水却非常冷

地球核心中的放射性物质衰变不断地加热着地球,这样看来,海底的水温也应该会升高。此外,海水压力随着深度的增加而成比例地升高,因而,这种增加的压力应该会使深海的水被加热到很高的温度。然而,事实却与此相反,海底的水反而很冷,仅略高于冰点。

那么,随着深度的增加,为什么海水越来越冷?

简短答案:冷水比暖水的密度更大,所以冷水会沉入深海,而暖水则靠近海水表面。此外,在吸收太阳的热能后,表面的海水主要由于蒸发而变冷。当水变冷时,它会下沉并被温水所取代。再往深处,太阳的辐射作用不到,因为光线完全在上层消散掉了。

高压并不一定就意味着高温

很多人对流体压力和温度之间的关系有着一个很常见的误解:高压导致高温。这种误解最有可能来自于理想气体定律,或者说是来自于过度简化。理想气体定律指出,对于给定量的理想气体,压力和体积的乘积与绝对温度成正比。理想气体状态方程如下:

PV=nRT

其中,P为压力,V为体积,n为物质的量,R为理想气体常数,T为绝对温度。

简而言之,上述方程式表明,对于给定量的理想气体,在保持体积恒定的情况下,增加压力将会增加温度。尽管许多气体在各种条件下都能近似地服从该方程,但严格意义上这只适用于理想气体。理想气体是一种假想气体,其分子碰撞是完全弹性的,忽略分子势能。

理想气体是完全可压缩的。相比之下,水是基本不可压缩的液体,所以它完全不同于理想气体。因此,理想气体定律并不适用于水。

会增加温度的不是压力,而是压缩

对流体进行压缩,这会增加流体的温度。换言之,迫使越来越多的物质进入一个体积恒定的系统中,就会产生热量(通过增加分子的动能)。然而,如前所述,水通常是不可压缩的流体,海底的水也就不会被加热。

表面海水由于蒸发而变冷

太阳的辐射加热了海洋表面的水,吸收一定热量的水随后蒸发,靠近顶部的水就会损失一些热量并开始冷却。当水变冷时,密度逐渐增大,随后下沉,最后被次表层的水代替。这就是温跃层,位于海面以下约100至200米,温度和密度在这里发生快速变化。就这样,暖水始终位于上层,而较冷的水不断下沉。这就是为什么海底的水如此寒冷。

另一方面,从地心泄漏出的地热能实际上很少,根本不足于加热全球海水。按照目前的热流速率,需要一年多的时间才能使海底温度升高1摄氏度,而这甚至还没有考虑到洋流的影响!

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