為什麼冰山融化時水位上升,而冰在一杯液體中融化時卻不會上升?

2020-12-06 悟空科學世界

當然,我想每個人都聽說過全球變暖、世界海洋水位上升以及其他嚴重的環境問題吧。如你所知,這是由於冰山的融化所致。然而,這就出現了一個邏輯上的問題:如果冰川是造成此問題的原因,那麼為什麼在較小的範圍內我們沒有觀察到類似的影響呢?畢竟,如果你將冰融化在玻璃杯中,而水的體積卻保持不變。

為什麼海平面會上升?

自19世紀中期以來,來自世界各地的科學家一直就在密切監視這一現象。例如,在20世紀,水位上升了17釐米,很明顯,這是一個非常重要的指標。每年增加約3毫米,其主要原因是由全球變暖所致,當然還有其他因素,但其他因素不是那麼重要。

平均溫度的穩步上升會導致水的熱膨脹和冰的融化。在第一種情況下,將導致現有的水體積增加;在第二種情況下,海洋中將充滿來自冰川的新水。

我們知道,海平面的上升將給我們帶來許多負面的後果。例如,島國將遭殃,因為它們將被洪水淹沒。如果說,富裕的國家有能力組織沿海保護,那麼貧窮的國家則無濟於事。

值得注意的是,冰山漂流正變得非常活躍。對於冰塊來說,覆蓋數千公裡的距離已不是什麼難事。例如,一個從南極洲出發的冰山竟然「航行」了5,000公裡,並最終駛向了裡約熱內盧。在北極,經常有冰川駛向百慕達,其航程可達4000公裡。此外,冰的大小也是令人印象深刻的。例如,B15是世界上最大的冰山之一,其面積約為11000平方公裡,其重量超過了300萬噸。

但是,我們的問題仍未解決:在這種情況下,為什麼水位會上升?而融化在玻璃杯中的冰,其水位未上升?當然,要理解這種現象,必須參考阿基米德定律。

阿基米德靜流體定律

這個定律是由古希臘數學家、物理學家阿基米德在公元前三世紀發明的。它的本質是這樣的:如果一個物體浸沒在液體中,那麼它就會受到升力的影響,升力相當於該物體所排開液體體積的重量。

冰山本身就是一個大物體。事實上,當冰川融化時,巨大的冰塊從大陸上掉入水中。因此,根據阿基米德定律,冰山沉入水中,並將其置換,這就是導致水位上升的原因,而不僅僅是融化的結果。

然而,這種效應對冰和玻璃起不了作用,因為冰沒有加入,但仍保持相同的量。當然,如果你用這種方法融化現有的冰塊,然後在杯中加入新的冰塊,水位就會像冰山一樣升高。

為了紀念發現者,這種升力仍然被稱為阿基米德。它直接依賴於重力,因此,在沒有重力的情況下,該定律就不再起作用了。

事實上,水位的上升是由於巨大的冰塊從冰川上脫落並沉入水中,而融化的過程則不是主要原因。這種情況滿足阿基米德定律,當冰浸入水中時,它受到浮力的影響,浮力就相當於被它所排開的水的重量。而玻璃中的冰量是有限的,所以它的水位不會發生改變的。但是,如果你在水中加入新的冰塊,那麼水位就會上升(根據阿基米德原理)。

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