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既然海底的壓力很大,為什麼那裡的水卻非常冷?

既然海底的壓力很大,為什麼那裡的水卻非常冷?

地球核心中的放射性物質衰變不斷地加熱著地球,這樣看來,海底的水溫也應該會升高。此外,海水壓力隨著深度的增加而成比例地升高,因而,這種增加的壓力應該會使深海的水被加熱到很高的溫度。然而,事實卻與此相反,海底的水反而很冷,僅略高於冰點。


那麼,隨著深度的增加,為什麼海水越來越冷?

簡短答案:冷水比暖水的密度更大,所以冷水會沉入深海,而暖水則靠近海水表面。此外,在吸收太陽的熱能後,表面的海水主要由於蒸發而變冷。當水變冷時,它會下沉並被溫水所取代。再往深處,太陽的輻射作用不到,因為光線完全在上層消散掉了。

既然海底的壓力很大,為什麼那裡的水卻非常冷?


高壓並不一定就意味著高溫

很多人對流體壓力和溫度之間的關係有著一個很常見的誤解:高壓導致高溫。這種誤解最有可能來自於理想氣體定律,或者說是來自於過度簡化。理想氣體定律指出,對於給定量的理想氣體,壓力和體積的乘積與絕對溫度成正比。理想氣體狀態方程如下:

PV=nRT

其中,P為壓力,V為體積,n為物質的量,R為理想氣體常數,T為絕對溫度。

簡而言之,上述方程式表明,對於給定量的理想氣體,在保持體積恆定的情況下,增加壓力將會增加溫度。儘管許多氣體在各種條件下都能近似地服從該方程,但嚴格意義上這隻適用於理想氣體。理想氣體是一種假想氣體,其分子碰撞是完全彈性的,忽略分子勢能。

既然海底的壓力很大,為什麼那裡的水卻非常冷?

理想氣體是完全可壓縮的。相比之下,水是基本不可壓縮的液體,所以它完全不同於理想氣體。因此,理想氣體定律並不適用於水。


會增加溫度的不是壓力,而是壓縮

對流體進行壓縮,這會增加流體的溫度。換言之,迫使越來越多的物質進入一個體積恆定的系統中,就會產生熱量(通過增加分子的動能)。然而,如前所述,水通常是不可壓縮的流體,海底的水也就不會被加熱。


表面海水由於蒸發而變冷

既然海底的壓力很大,為什麼那裡的水卻非常冷?

太陽的輻射加熱了海洋表面的水,吸收一定熱量的水隨後蒸發,靠近頂部的水就會損失一些熱量並開始冷卻。當水變冷時,密度逐漸增大,隨後下沉,最後被次表層的水代替。這就是溫躍層,位於海面以下約100至200米,溫度和密度在這裡發生快速變化。就這樣,暖水始終位於上層,而較冷的水不斷下沉。這就是為什麼海底的水如此寒冷。

另一方面,從地心泄漏出的地熱能實際上很少,根本不足於加熱全球海水。按照目前的熱流速率,需要一年多的時間才能使海底溫度升高1攝氏度,而這甚至還沒有考慮到洋流的影響!

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