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人类有多幸运?水的特性改变一点点,地球生命完全不可能存在!

 星辰大海种花家 2020-06-28

在本宇宙的地球上,冰的密度是比水低的,所以南北极到处都是冰山,而高纬度地区的湖泊都会因此结冰成为可以通行的冰原,比如贝加尔湖的冬季就是一望无际的冰原!假如水的特性改变一点点:冰比水重,那么地球上会发生什么有趣现象呢?

如果冰比水重,地球上变成什么样?

正常情况下,冰的密度比水高,所以在海面和湖面结冰后,阻止了水面热量向大气层散失,保持了冰下流动的湖水和海水,仍然可以维持生命的正常生存,因此冰比水轻这一点非常重要!

假如冰比水重,那么我们会遭遇一个现象,海水或者湖水结冰后就会往下沉,但底层湖水的温度要比表层高,这些冰在下沉过程中又会重新融化吸收大量的热,而表层水体不断结冰下沉,因此会导致水体热量不断散失!这会导致两个结果:

其一是水体庞大,热量散失后仍然不足以让其结冰,但上下层海水温度都很低,比如都接近零度,在这个温度下鱼类的生长几乎就停止了,而且在夏季高温季节浅层海水的底层仍然保持极低的温度,除非洋流搅动,否则下层鱼类很难成长。

其二则是水体不够庞大,热量散失完毕,海洋从底部开始到顶部完全结冰,就是俗称的“连底冻”,除了极少数生物能从冰冻后生还以外,其它所有鱼类统统在这次浩劫中壮烈了!

被冻住的鱼

因此延伸出来的一个推论就是,地球将会进入冰河期,因为海洋将从底部开始结冰一直到表层!

如果冰比水重,地球真的会进入冰河期吗?

这是大部分朋友的推论,但事实上可能会相反,因为现实情况是冰比水轻,所以它是浮在水面上的,因此两极的冰盖大量反射阳光(冰面的反射率接近80%,雪地表面反射率超过30%),它将导致地球的温度更低!

当冰比水重后,结冰都会沉入水中,但其实水面的反射率要比冰面低得多,不过水面反射率是会随着太阳高度角变化的,太阳高度角为h,那么随高度角变化反射率如下:

h>60°时,平静水面反射率为2%, h=30°为6%, h=10°为35%, h=5°为58%, h=2°为79.8%, h=1°为89.2%。

绝大部分时候时低于冰面反射率的,因此结冰沉入水下后,地球获得的总热量反而时上升的,因此各位预想中的冰河世纪可能不会那么快出现,因为地球获得总热量时增加的!但两极极夜时于反射率无关,这个时候麻烦才会来到!

两极结冰,沉入水底,再融化,表层则再结冰,再下沉......一直到上下层海水接近平衡,消除温差,最后可能会上下层水体同时结冰!到第二年夏季来临时,融化则比上层浮冰更难!但融化也无济于事,因为整个生态就全部挂了!

海洋生态完蛋,那么两极的陆地生态同样完蛋,北极熊等生物一个季节就消失了,比如以北极苔原为依托的候鸟于其它迁徙的鸟类都完了,北极苔原水体也连底冻了,所以苔原生态也消失大部分了。

另一个可能是不结冰,但第一年不结冰冰不代表第二年也不结冰,因为第一年底层海水的温度已经下降到了危险境地,因为这种结冰方式下水体热量散发非常严重,因此第二年接力棒继续结冰,最终从上到下彻底结冰!

而两极这种规模会慢慢扩张,最终地球会非常缓慢的走向全球冰川期,而且整个冰川期可能就不可逆了,除非因为海洋全部结冰造成板块运动没有扩张空间,最终导致地球超级火山爆发,然后海洋岩浆热量的作用下解冻融化,但这并不能坚持太久,最终的走向仍然是冰冻地球,只是整个时间会比各位想象得要久远得多!

水为什么具有这种特性?

热胀冷缩是大部分物质的特性,但水不是这样,结冰了反而会膨胀!这个特性的关键是氢键,水分子有一个氧原子和氢原子通过共价键结合在一起,一个氧原子和两个氢原子分享电子后形成104.5度角的水分子,在整个结构中,水分子中的氢原子已经和氧原子共享电子,整个半裸的氢原子继续可以和其它氧原子弧对电子吸引,继续形成氢键,变成一个手拉手的结构!

液体时水分子是流动的,相遇则成键,离开又可以和新的分子形成氢键,但结冰以后这些氢键生成了固定正四面体结构,但它的空间利用率很低,大约只有34%,因此冰的密度比水要小一些,大约只有92%!

生命是幸运的,宇宙诞生时就设定了这个特性,使得水在结冰后体积比水要轻,它浮在了水面上,阻止了水的温度继续下降!避免了整个地球变成一个冰球,得以让无数生命在地球上诞生!

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