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把 水变成冰块并不稀奇 ,可要是把 类水液体变成像水又像气呢?
不知道你见过这样奇妙的物质没,科学家却在深海发现了这样的 “第四种相”。
这种奇妙的物质就如同文章开头的描述一般, 你很难把它定义为某一种相态。
近年我国发现该物质的地点是 在 西太平洋深处 的一个深海热液区中。
这种“无相”物质是超临界状态的二氧化碳,同时这也是 全球首次在自然界中发现 超临界二氧化碳。
此项发现在科学界中还是引起了不少人关注, 为何二氧化碳会出现这样的形态,所谓的超临界状态又是什么?
为什么它的发现给 地球演化 提供了一个新的思路?
本文接下来就会对这些问题进行一个基本阐述,同时也跟大伙儿好好聊聊关于 超临界流体 这件事。
首先我们来捋一捋物质的三种相态, 液态、气态、固态是物质的基本相 ,想必这个不用多说。
但是物质并非只有这三种形态, 还存在一个临界点 , 当物质处于这个临界点时就会形成一种超临界流体态。
超临界流体 在温度和压力上都远远高于液相和气相的临界点,同时它也不是固体。
它能够像缓慢运动的气体一般从多孔的固体中流出,同时还克服了 液体在质量传递里通过材料的传输限制能力 ,这使得超临界流体在材料传输方面远远 优于气体、溶剂化液体或者固体材料。
另外,如果在临界点附近略微的改变压力或者温度便会使得超临界流体发生密度变化, 因此这种物质在可塑性上比一般流体要强。
除了以上这些特点, 超临界流体 最神奇的地方在于它没有表面张力, 因为没了液相和气相的明确分界来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-20.html。
只需要调整压力和密度便可以更改物质特性, 使其更偏向于液体或者气体。
最重要的是它 在流体中的溶解度变化。
超临界流体 在恒定温度下的溶解度会随着 密度的增加而增加。
不过,当它接近临界点时, 密度 会随着温度的轻微升高会出现急剧下降。
因此 超临界流体 随着临界点的温度升高会出现多次溶解度变化。
实际上关于 超临界流体 的研究已经不是什么新鲜事,科学家很早就发现了这种物质状态, 并充分地利用这样的特性进行各种活动。
在天文学的研究中,科学家们就发现了这种 超临界流体 广泛存在于各类天体中,比如我们熟知的 金星 。
金星的大气是由96.5%的二氧化碳和3.5%的氮气,由于金星表面压力较高(9.3兆帕),温度达到了461摄氏度,这使得金星上的大气出现了一种超临界流体的状态来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-106.html。
这种现象同样还出现在一些大型气态行星上面, 比如木星和土星 。
这些巨型气态行星的内部气体温度远高于临界点, 主要由氢、氦组成 ,因此它们内部的超临界流体平稳过渡到一种 近似液体的状态。
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?
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 。 来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-15.html
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 。 来源:https://www.wanghongming.com/xwzx/202412-41.html
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 来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-111.html。
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状态出现 。
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 的认知来源:https://wanghongming.com/xwzx/202412-110.html。
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。
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。
每年灭绝的物种大概有多少?
生命礼赞的思想内涵为:用抒情诗歌告诉人们,人生的归宿并非是坟墓,而是英魂长存,快乐的活着,不受他人左右。
扩展知识
标题:生命的奇迹:深度探索《生命礼赞》的扩展知识
《生命礼赞》是一部描绘生命起源和演化的深刻之作,其内涵深远,触及生命的奥秘和丰富多彩的表现形式。本文将深入探讨《生命礼赞》背后的扩展知识,从生物学、哲学和科学等多个角度对生命进行更为全面深刻的认识。
一、生命的起源:
1、地球生命的诞生:深入了解地球上生命的起源,包括最早的原核生物和真核生物的演化过程。理解生命是如何从无机物演化而来的。
2、宇宙背景:考察《生命礼赞》中提及的宇宙背景,通过探讨宇宙中的化学元素的起源,了解这些元素是如何构成生命体分子的基础。
二、生物多样性:
1、生态系统的互动:进一步探究生命在地球上的多样性,了解生态系统中不同生物之间的相互关系,以及它们对环境的影响。
2、物种演化:通过物种演化的角度,深入了解生命在演化过程中的多样性和适应性,理解为什么地球上有如此丰富的生物。
三、细胞与基因:
1、细胞结构与功能:对细胞结构和功能的深度了解,包括细胞器的作用、细胞膜的功能等。理解细胞是生命的基本单位。
2、基因与遗传:探讨基因的结构和功能,深入了解遗传的机制,以及基因对生命的影响。思考基因对个体和种群演化的重要性。
四、生命伦理与哲学:
1、生命伦理:深刻思考生命伦理问题,包括生命的尊严、基因编辑技术的伦理考量等,探讨生命科学发展对人类社会的影响。
2、哲学思考:通过哲学的视角,思考生命的本质、目的以及人类对生命意义的追寻。探讨生命在宇宙中的地位和存在的价值。
五、科学技术的拓展:
1、基因编辑技术:深入了解现代生命科学中的基因编辑技术,包括CRISPRCas9等工具的原理和应用。思考这些技术对医学、农业等领域的潜在影响。
2、人工智能与生命:考察人工智能在生命科学中的应用,如何通过机器学习等技术更好地理解和利用生命的奥秘。来源:https://wzwxpx.com/bkjj/202412-4.html
六、生命的演化历程:
1、古代生命:深入了解地球上古代生命的演化历程,包括古代生物的形态、习性等。通过化石记录还原古代生命的面貌。
2、未来展望:思考生命的未来演化方向,人类是否能够在科技的推动下改变自身的演化轨迹,以及未来生物科技可能带来的变革。来源:https://wanghongming.com/cshi/202412-125.html
七、文学与艺术的表达:
1、文学作品:分析文学作品中对生命的描绘,包括《生命礼赞》中的文学表达方式,思考作品对人们对生命的认知和感悟有何启示。
2、艺术视角:通过艺术作品,如绘画、雕塑等,感受艺术家对生命的诠释,了解生命在艺术中的表达形式。
《生命礼赞》是一部深邃的科普力作,通过对生命的全面探讨,唤起了人们对生命的敬畏和好奇心。
通过深度了解生命起源、生物多样性、细胞与基因、生命伦理与哲学、科学技术的拓展、生命的演化历程、文学与艺术的表达等扩展知识,我们能够更全面、更深刻地认识生命的奇迹和它在宇宙中的独特地位。
朱利安·赫胥黎的进化理论
每小时3个物种灭绝
英国生态学和水文学研究中心的杰里米·托马斯领导的一支科研团队在最近出版的《科学》杂志上发表的英国野生动物调查报告称,在过去40年中,英国本土的鸟类种类减少了54%,本土的野生植物种类减少了28%,而本土蝴蝶的种类更是惊人地减少了71%。一直被认为种类和数量众多,有很强恢复能力的昆虫也开始面临灭绝的命运。
科学家们据此推断,地球正面临第六次生物大灭绝。中国科学院动物研究所首席研究员、中国濒危物种科学委员会常务副主任蒋志刚博士也认为,从自然保护生物学的角度来说,自工业革命开始,地球就已经进入了第六次物种大灭绝时期。
据统计,全世界每天有75个物种灭绝,每小时有3个物种灭绝。
把调查到的英国蝴蝶情况推及英国其他昆虫,及整个地球上的无脊椎动物,那我们显然正在遭遇一场严重的生物多样性危机。
物种是指个体间能相互交配而产生可育后代的自然群体。已经灭绝的物种是指在过去的50年里在野外没有被肯定地发现的物种。“大灭绝不单是一个物种灭绝,而是很多物种在相对比较短的地质历史时期,即几十万年,或者是几百万年里灭绝了。”蒋志刚博士说来源:https://wanghongming.com/xwzx/202412-38.html。
托马斯说:“昆虫物种量占全球物种量的50%以上,因此它们的大规模灭绝对地球生物多样性来说是个噩耗。”
自工业革命以来,地球上已有冰岛大海雀、北美旅鸽、南非斑驴、印尼巴厘虎、澳洲袋狼、直隶猕猴、高鼻羚羊、普氏野马、台湾云豹等物种不复存在。世界自然保护联盟发布的《受威胁物种红色名录》表明,目前,世界上还有1/4的哺乳动物、1200多种鸟类以及3万多种植物面临灭绝的危险。
前5次灭绝自然而为
自从6亿年前多细胞生物在地球上诞生以来,物种大灭绝现象已经发生过5次。
地球第一次物种大灭绝发生在距今4.4亿年前的奥陶纪末期,大约有85%的物种灭绝来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-39.html。
在距今约3.65亿年前的泥盆纪后期,发生了第二次物种大灭绝,海洋生物遭到重创。而发生在距今约2.5亿年前二叠纪末期的第三次物种大灭绝,是地球史上最大最严重的一次,估计地球上有96%的物种灭绝,其中90%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物灭绝。
第四次发生在1.85亿年前,80%的爬行动物灭绝了。第五次发生在6500万年前的白垩纪,也是为大家所熟知的一次,统治地球达1.6亿年的恐龙灭绝了。
前五次物种大灭绝事件,主要是由于地质灾难和气候变化造成的。例如,第一次物种大灭绝是由全球气候变冷造成的,发生在白垩纪末期的那次则是因为小行星撞击地球导致全球生态系统的崩溃。
第6次灭绝人是祸首
现在进行之中的第六次物种大灭绝,人类成为罪魁祸首。专家认为,人类是否会列入其中也很难说。来源:https://wanghongming.com/bkjj/202412-140.html
蒋志刚博士也不否认,从进化论的角度来看,物种灭绝本是自然规律,比如大熊猫种群目前就处于一种衰退的状态。但是自从人类出现以后,特别是工业革命以来,地球人口不断地增加,需要的生活资料越来越多,人类的活动范围越来越大,对自然的干扰越来越多。如此这般,大批的森林、草原、河流消失了,取而代之的是公路、农田、水库……
生物的自然栖息地被人类活动的痕迹割裂得支离破碎。“每一条道路对于动物来说都是一道难以逾越的屏障,就连分布在道路两边的蝴蝶种群都产生了隔离,不再像以前那样飞来飞去进行基因交流。”蒋志刚博士痛心地说:“更不用说藏羚羊、狮子、老虎等这样的大型动物了。”有科学家估计,如果没有人类的干扰,在过去的2亿年中,平均大约每100年有90种脊椎动物灭绝,平均每27年有一个高等植物灭绝。但是因为人类的干扰,使鸟类和哺乳类动物灭绝的速度提高了100倍到1000倍。
美国杜克大学著名生物学家斯图亚特·皮姆认为,如果物种以这样的速度减少下去,到2050年,目前的四分之一到一半的物种将会灭绝或濒临灭绝。
新物种难以产生
现有的物种在不断走向衰亡,新的物种却很难产生。
根据化石记录,每次物种大灭绝之后,取而代之的是一些全新的高级类群。恐龙灭绝之后哺乳动物迅速繁衍就是一个典型例子。
但蒋志刚博士认为,生物总是在不断地进化之中,我们现在看到的这些生物都是经过漫长年代进化而来的。所以,新物种的产生需要很长时间和大量空间,但是现在到处都在人的管理下,自然环境越来越差,生物失去了自然进化的环境和条件,物种在不断地自然死亡,却很难有新的物种产生。
就像虎一样,如果给它足够的生存空间,让它自由地捕猎,它可能还会进化,产生一种类似虎的新物种,但是现在活动的空间有限,它要生存下来都很难了,就不用说进化了。
地球表层,是由动物、植物、微生物等所有有生命的物种和它们赖以生存的环境组成的一个巨大的生物圈,人类也是其中一员。大量生物在第六次物种大灭绝中消失,却很难像前五次那样产生新的物种,地球生态系统远比我们想象的脆弱,当它损害到一定程度时,就会导致我们赖以生存的体系崩溃。
如果人类由于自身的行为而造成灭顶之灾最终时刻的来临,人类会成为幸存者吗?
2050年地球百万物种灭绝
来自欧洲、澳大利亚、中南美洲和非洲的科学家们在对占地球表面面积20%的全球6个生物物种最丰富的地区进行了为期两年的研究后得出了一个惊人的初步结论:由于全球气候变暖,在未来50年中,地球陆地上四分之一的动物和植物将遭到灭顶之灾。他们预计,在2050年地球上将有100万个物种灭绝。
根据科学家们的研究,由于气候变暖已经是既成事实,因此在将要灭绝的物种中,有十分之一的物种的灭绝将是不可逆转的。但是从现在起各国控制全球有害气体排放量的努力将能够拯救更多的物种免遭同样的命运。
高山生物幸存机会大
根据科学家们的研究结果,那些生活在高山地区的生物物种幸存下来的可能性要比其他地区的大一些,因为这一地区的物种在全球气候变暖时,可以向更高也更凉爽的地区转移。
那些生活在地势平缓地区的生物,比如在巴西、墨西哥和澳大利亚的生物,它们未来的生存环境将非常脆弱。这些地区的生物要想适应变化了的气候和环境,只能向千里以外的地区转移,而这几乎就是不可能实现的。
鸟类最有希望生存
而鸟类靠着强有力的迁徙能力在理论上是最有希望幸存下来的物种之一。为了找到更适于生存的地区,鸟类可以长途飞行,但是由于森林和其他自然条件的恶化,它们并不一定能够找到真正适合生存的自然环境。其结果就是只能面对死亡。
上述科学研究小组成员之一的、来自英国利兹大学的生物保护学专家托马斯教授表示:“当科学家进行科学研究时,他们都希望能最终得出一个明确的结论。
但是,我真的希望我们没有得出我们已经得出的这一结论。事实远比我们想象的要严重得多,我们得出的结论很可能过低估计了生物物种面临的残酷生存环境。”
澳12种蝴蝶要消失
科学家们的另一些惊人的发现是,在澳大利亚被纳入研究的24种蝴蝶中,有一半将在未来的岁月中永远消失。来源:https://www.wanghongming.com/zhishi/202412-68.html
而在南非主要生物保护区内,受保护的60%的生物物种有灭绝的危险。在占巴西总面积五分之一的巴西中西部热带草原地区,研究显示,在该地区的163种树木中将有70%以上的树种灭绝。其中很多植物是该地区特有的稀有品种。
欧洲受影响最小
欧洲是自然环境受全球气候变化影响最小的地区。该地区的动植物生存几率要大于世界其大地区的动植物。但即便如此,在气候变暖的影响下,欧洲地区四分之一的鸟类和11%到17%的植物也将在未来逐渐灭绝。
在墨西哥的研究表明,平原和干旱地区的动植物受气候变暖影响最大。一旦气候有一丝的变化,这些动植物就需要迁移至很远的地区才能找到适宜生存的新环境。在该地区接受研究的1870种动植物种,三分之一将在未来出现生存危机。
新闻链接 科学家提出“性别失衡论”
新华社华盛顿4月21日电 按照科学界流行的看法,恐龙灭绝是外来天体撞击地球所致。但外来天体撞击究竟引发了何种后果直接加速了恐龙灭亡,却众说纷纭。比如,英国和美国研究人员新提出的一种观点则认为,外来天体撞击引发的气候变冷,有可能造成恐龙后代雄多雌少,恐龙最终因“性别失衡”而走上绝路。
英国利兹大学戴维·米勒教授和同事在新一期美国《生育与不孕》杂志上指出,哺乳动物、鸟类、蛇、绝大多数蜥蜴和一些鱼类,其后代性别是受染色体或基因决定的。以哺乳动物为例,后代遗传了两个X染色体的为雌性,遗传了一个X染色体和一个Y染色体的将是雄性。但目前在地球上生活的一些爬行动物,如鳄鱼和乌龟等,它们下的蛋在孵化过程中所处的环境温度将影响到后代性别。研究人员说,恐龙等一些早已灭绝的物种,后代性别很可能也受孵化时的温度所决定。
米勒等人认为,距今约6500万年前外来天体撞击地球,很可能使大量尘埃进入地球大气层,全球气候因此变冷,结果导致恐龙的后代中雄性占据了主导地位。这种性别比例的失衡可能是造成恐龙灭绝的一个重要因素。
研究人员推测,哺乳动物雄性中的Y染色体,可能主要是为了预防与气候变化相关的物种灭绝而进化出来的。这种通过遗传决定性别的机制,可以保障后代中两性比例的平衡。他们认为,目前全球正在经历的变暖趋势,有可能给现存一些靠环境温度决定后代性别的物种生存构成威胁。
朱利安·赫胥黎是现代进化论创始人
在现代综合论的奠基人当中,朱利安·赫胥黎为了将新的达尔文主义变成一般的世界观而尽了最大的努力。赫胥黎的《行为的进化》(Huxley ,1953),显然试图简略新达尔文主义理论的技术细节,从更广泛的角度表达出对自然和生命目的的看法。他采纳了实证主义哲学,这种哲学认为科学是知识的唯一源泉,他将进化看作伦理道德的新基础,取代了来自宗教的超验价值观。这位作者通过强调在达尔文主义的框架内生命发展所具有的创造性和乐观方面,以求摆脱机械论的科学观。他也承认,试图从人类生物学的角度来解释社会的做法过于简单,不再有说服力。重要的是要认识到,人类的出现并不是预先注定的,因为达尔文式进化不具有目的论的特征;但是希望就在于进化历程本身将教育人们如何以最佳方式迎接未来的挑战。人类已经成为地球生命的主宰,现在正在掌握自己的进化命运。事实上,人类可以控制所有生命的未来,衡量人类是否成功的标准是人类将大自然富于创造性的遗产开发到何种程度。赫胥黎认为进化是天然的进步过程,相继出现更加高级的生命形式;不断增加超越环境限制的能力,成了衡量进步的标准。因此自由地认识到生命的潜力是最高的善。
朱利安·赫胥黎对这种哲学留下了很深的印象,因此为《人类现象》英文版一书写了序言,赫胥黎与表明,进化人文主义与进化神秘主义的目标相差并不大。它们都不得不从进化中寻找出某种目的,即使它们之间对于到底应该将该目的看作传统精神价值的延伸,还是看作是生命意义的一个崭新而纯粹的自然主义源泉这个问题上还存在着争议。二者存在的共同问题是,达尔文主义并不真正保证进步,至少是很难确定是否进步(Thoday,1962;Gouge,1967;Simpson,1973)来源:https://wzwxpx.com/bkjj/202412-72.html。赫胥黎以不太严格的方式来解释进步,他的观点与机会主义的自然选择观点比较一致,而且他也不得不提出,随机变异的选择看似缺乏目的,其实人们可从其终产物中发现意义。朱利安·赫胥黎(托马斯·赫胥黎之孙)曾用“达尔文主义的日食”来比喻19世纪末期自然选择学说受到强烈反对的窘境。这种状况一直延续,直到20世纪三、四十年代,现代遗传学家与博物学家完成了进化论综合,达尔文进化论才具有了“合法性”。
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