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水和冰有什么特征?

补充一个假设推论:

物质的熔点(凝固点,下同),通常是指一个大气压时的情况;如果压强变化,熔点也要发生变化。熔点随压强的变化有两种不同的情况。对于大多数物质,熔化过程是体积变大的过程,当压强增大时,这些物质的熔点要升高;对于像水这样的物质,与大多数物质不同,冰熔化成水的过程体积要缩小 (金属铋、锑等也是如此) ,当压强增大时冰的熔点要降低。萊垍頭條

因此本假设下,压强增大,水的凝固点要升高。大部分答案认为冰比水密度大会直接

带来冰期……然而我不这么看,主要从三个角度考虑这个问题:一是全球宏观角度:

我们不妨先考虑这样一个问题:海面和陆地或冰盖冰面,两者谁对辐射的反射能力更强?答案应当是冰面。这意味着,从全球角度考虑,由于冰比水密度大,凡是在冬季会形成浮冰的水域,其对太阳辐射的吸收能力由于表面的变化得到增强,考虑到缺少表面冰面保护后,水体由于对流作用,水温上下差异更小,更多的水的比热容被用来承载整体环境温度的降低,因此全球范围内的冬季气温将会有所提高(辐射吸收更多,比热容巨大的水体的温度调节功能发挥作用更大)。考虑全球冰盖的实际情况(高纬度,太阳辐射角小,有极昼极夜,除了北冰洋一片多为陆地冰盖),我觉得这个效应不会太强,但是能保证的一个结果是:地球不会因为本题假设直接进入冰期。

看完宏观整体情况,再对微观环境变化进行分析

,我们知道水有一个独特的性质,就是其密度变化不是完全的热胀冷缩,因此微观水体的垂直水温分布存在这样的现象:水体热分层(1) 由0℃及其以下向4℃升温,这时水的密度增加,由于热的传递,表层水较重,开始下沉,下层水轻,上浮,表层水和底层水发生垂直扭转的现象,直到整个水体都达到4℃为止,这个时期称全同温扭转期。(2)水由4℃继续升温,表层水密度下降,底层水相对较重,不发生扭转。由于热传导,在表层和底层之间常产生一个跃温层,其特点是:温度的梯度很大,这时水呈停滞状态,这种状态成为正分层,一般出现在春夏季节。当气候变化(大风、雨、气压低)时,也可以发生扭转现象,使底层的缺氧水及其有毒物质(H2S、氨气)带到表层,造成表层水缺氧,产生泛塘现象。(3)高温向4℃降温时,表层水密度增加,开始下沉,与次表层水扭转混合,最后与底层水扭转混合,出现全同温扭转(夏秋季节),也可以造成泛塘。(4)从4℃继续降温,表层水密度下降,停在表层,比下层水水温低,这种状态称为逆分层。

由这一性质产生的结果,概括起来就是:底层水温较为稳定,表层水温随气温和辐射影响变化较大。本问题中,假设情况是表层水结冰后,冰晶的密度将比水大,那么,(4)水温逆分层的情况将不再发生,表层低温水结冰后,形成的小冰晶(考虑水体表面张力,冰晶的直径应该存在一个极限值,大于这个极限值的冰晶将下沉)下沉,离开表层低温水体,进入地层恒温水体,然后融化,因此水温逆分层情况将消失,最终结果如下:(1)4℃以下,水体全部为同温扭转期。(2)4℃以上,水体水温正分层(上比下高)这意味着,当冬季来临时,一个小的池塘/河流水体

,由于整体水温同温降低,到冰点以下,几乎同时冻成一个冰坨坨,而不是像现在那样,从上往下冻。而当春夏来临时,整个池塘发生如下变化:(1)表层水融化(2)表层水维持在4℃并逐步侵蚀融化地层冰(3-1)由于0℃的水的密度和8℃的水密度相当,因此只要表层水不快速升温到8℃,那么整个池塘的水会维持在4℃左右,并不断侵蚀融化底层的冰,最终全池融化,水温继续升高,出现正分层。(3-2)当表层水温升温过快时,可能发生这样的水温正分层8℃以上水-------------0℃水--------------0℃及以下冰我个人认为3-2的情况出现的可能不大(或者比例不大),因为这样的水温变化意味着气温转暖十分迅速,所处的环境应该是一个四季变化十分迅速,冬季温度很低,春季温度急剧上升的地方,并且还要有比较充足的水资源,水太少了土壤温度的变化也足以把下层的冰融化,西伯利亚地区也许会发生这种情况。因此,我认为在本题假设下,中高纬度地区小的池塘、河流水体将会出现整体凝固/融化的情况,带来的生态影响是这部分地区的水生生物基本玩完了。如果放在我国的话,界限可能是秦岭淮河以北(这部分待补充完善),但是大家担心的洪水可能未必会发生,因为冰都在河底,不会淤塞河道,只是抬高水位,而春季水位达不到汛期的水位,且快速流动的水体不容易发生水温正分层,所以发生洪水的可能性真的不大,甚至黄河凌汛会从此消失。然后我们将上文中小型水体的分析应用到大型水体中——海洋海洋水温分层现象更为显著世界海洋的水温变化一般在-2℃—30℃之间,其中年平均水温超过20℃的区域占整个海洋面积的一半以上。经直接观测表明:海水温度日变化很小,变化水深范围从0—30米处,而年变化可到达水深350米左右处。在水深350米左右处,有一恒温层

。但随深度增加,水温逐渐下降(每深1000米,约下降1°—2℃),在水深3000—4000米处,温度达到2°—-1℃。萊垍頭條

这时将存在两个极端,一是对于深海来说,由于水压增加,凝固点升高,全冻上了,这一情况到某个临界水深骤然消失,然后对于这个临界水深上面的水,由于水温逆分层现象的消失,水体比热容又大,现在世界上的浮冰水总量与它们下层临界水深以上的水的体积比起来小太多,完全无法达到微型水体那样的全部冻上的程度……(这部分需要再找数据论证,可能出现临界水深太小而真的出现全冻上的情况)所以,所有的浮冰都消失了。因此,对于海洋来说,我们将看到,深海出现一个超大冰层,这个冰层的边界将与现在的大陆板块边界高度重合(板块边界地质活动剧烈,水温高,没冻上),由于这部分冰层凝固了大量水,冰的体积还比水小,世界海平面将大大降低,由此带来的地质活动恐怕会很可怕……对于生态系统来说,深海生态系统玩完了,然后北极熊玩完了,以浮游生物为基础的海洋生态系统倒不会受到大的影响。然而,虽然冰期没有直接到来,但是由于板块活动剧烈,到处火山爆发地震灾害,火山灰漫布全球,太阳被遮挡,随着气温的降低,海水的临界水深不断降低,直到大部分海域出现整体冻结,而冻结的海水对大陆板块边界的压力不均匀越来越剧烈,最终出现大陆板块边界火山活动更加剧烈,而板块其他地方进入暗无天日的冰期。于是后来有人把这段历史编成了冰与火之歌……若干年后,地球的内能耗尽,火山灰尘埃由于大气水分缺乏难以被降水冲刷落地,长久弥漫在星球表面,这颗星球变成了灰渣渣笼罩的冰坨坨。垍頭條萊


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