著者：黄媂（@太空生物学）
编排：黄姤（@外空生物学）
水的形态有多少种？
A.气态、
B.气态、液态
C.气态、液态、固态
D.气态、液态、固态、超临界态
答案：
D
选错的朋友一定会很好奇，水的形态不是只有3种吗？超临界态又是一种什么样的形态？
01 太空生物学
水常见三种形态
我们都知道「水」是一种十分普遍的物质，几乎地球上的每一个角落都有水的存在，同时「水」也是一种非常特殊的物质，因为水的形态会根据环境的不同而作出不同的变化，在常温和常压的环境条件下，水的形态一般都是处于液态的，当达到某一个温度的时候由于水中的分子会因为受到热度的影响从而发生一些运动，当水的温度被加热到水的沸点100摄氏度时，水就处于沸腾的状态，原本处于液态的水就逐渐从液态转化为气态。相反，当水的温度达到水的冰点0摄氏度时，水中的分子分布会十分稳定，从表面上来看这个时候的水就结成冰了，再严谨一点就是当水到达零下4摄氏度时，水的固态形态是非常稳定的。
水常见三种形态：
01 当水气态时：日常生活里我们煮东西的时候，当到达了某些温度的时候会看到一些气体往上飘，这个就是水的气态形态，当水煮开的时候是最明显的。
02 当水固态时：天气寒冷时，我们会在一些叶子上面看到小小的白点，这个就是水呈现固态的表现，当水在零下四度时就开始属于稳定的固态。天气寒冷时，我们会在一些叶子上面看到小小的白点，这个就是水呈现固态的表现，当水在零下四度时就开始属于稳定的固态。
03 当水液态时：这种形态的水相信不用我解释大家都会懂，地球71%的面积都被海洋覆盖了，一般情况下的水都是呈现液态的，只有特别情况下才会出现气态和固态的情况。例如：温泉、极地（南、北极）。这种形态的水相信不用我解释大家都会懂，地球71%的面积都被海洋覆盖了，一般情况下的水都是呈现液态的，只有特别情况下才会出现气态和固态的情况。例如：温泉、极地（南、北极）。
以上3种是我们能够凭借基本常识能够理解的形态，但是水的第4种形态就颠覆了物理学，因为这种形态的水是可以被点燃的。
图解：水的3种形态相互转化关系图
02 太空生物学
水的第4种形态
上面为大家介绍的3种形态，是在常温和常压的环境条件下形成的，但是要形成第4种形态·「超临界水」的环境非常特殊，只有在高温和高压的环境条件下才可以形成，液态水的温度到达100摄氏度时会转化为水蒸气扩散到空气中，但是「超临界水」的温度达到惊人的460摄氏度并没有转化为气体，而是处于一种超临界的状态。
科研人员在大西洋的海域底部对海底热泉（海底烟囱）进行探测时发现喷口周边的水温高达460摄氏度，按理常规的物理常识460摄氏度的水早已经转变成气体了，然而让人出乎意料的是这片区域的海水并出现气化的现象，而是展现出一种令科学家都感到惊讶的状态——液态与气态之间的超临界状态，之所以会出现这种情况是因为海中有压力限制着。
液态与气态之间的超临界状态这种特殊现象不是每个海底热泉都存在的，形成「超临界态」的条件要求非常特殊：
特殊条件
Astrobiology
1.需要有裂缝的海底地壳。
2.需要有岩浆从地壳底下喷发出来，滚烫熔化的岩石从岩石圈下方的地幔层流出。
3.喷发出来的高温岩浆有足够的热量可以把周围的海水加热，同时加热后的水会瞬时与低温的水结合。
图解：海洋深处大陆版块分界线加热海水的情境
03 太空生物学
第4种形态水的特点
特点一：
水要维持在超临界状态需要的环境条件是十分苛刻的，其中气压和温度占据主导地位，因为只有当气压和温度都刚刚好到达一个比例十分恰当的数值时，水才会在压力和温度的配合影响下向超临界状态过渡，此时水中的分子、原子排列出现了新的方式，所以说超临界状态的水是处于半气态、半液态的叠加态，这个时候的气态水和液态水的密度是一致的，正因为这个超临界叠加态与薛定谔的猫理想实验那只半死、半活的猫一样让人抓不着头脑。
特点二：
超临界水的氧化反应活性也是非常强的，假如你有想氧化的物体选择用超临界水的效果是最佳的，因为通过超临界水浸泡的物体氧化的程度几乎可以达到100%，还有通过超临界水浸泡的氧化速度远远要比在空气或者其他溶剂中氧化的速度要快很多倍。
特点三：
我们往往的认知就是水是用来把火浇灭的，但是超临界水却可以像汽油一样燃烧起，这颠覆了传统物理学认知中的“水火不容”，超临界水之所以可以能够燃烧是因为这种形态时可以溶解水中的油脂，这是其它三种形态的水无法办到的。
04
黄姤
超临界水将会是重要的研究课题
“物以稀为贵”这个词是我们日常生活中用来形容那些稀缺的物体，但是这个词用宏观宇宙的角度来看的话，地球上最珍稀的物体就不会是宝石了，最珍稀的恰恰是占据整个地球71%面积的水，因为水是孕育生命的摇篮，搜寻地外生命的首要条件也是水，目前在直径９３０亿的可观测宇宙里发现拥有水资源的地外行星是寥寥无几的。水只拥有气态、液态、固态这三种形态是我们过去的认知罢了，现在已经知道在恶劣的环境下是可以令水以其它的形态展现，或许将来在地外行星上会发现更多水的形态，水的第４种形态就是在恶劣的环境中被发现的，而地外行星的环境远远要比地球恶劣很多，因此水就有可能会出现这４种形态之外的形态了。
环境条件的不同会改变物质的形态，从科学的角度来讲一切的物质都是由微小的基本粒子组成的，基本粒子的排列方式决定了物质的形态，或许在各种环境条件下水会出现更多种形态，毕竟没有那个科学家敢胸有成竹地站出来说——水只有4种形态。
举
例
说
明
水在常温、常压下是呈现液态的状态，这时水当中的氧原子和氢原子的结合是相对稳定的，但是最稳定的形态是凝固成冰的固态水。然而当水遇热后水分子中的分子键被打乱了，这时氧原子和氢原子就会处于不稳定的状态，这时水就会从液态向气态转化。
随着超临界水的发现刷新了我们对水的认知，它的几个显著特点对科学技术的发展有了很多启发，对于超临界水的研究将会是未来的重要课题。
