水為什麼會在凸面上流動（科學家揭開水中隱藏的密碼）

2023-09-16 06:36:29 1

我的業餘時間主要消耗在兩件事情上，其一是科普寫作，其二是野外生存訓練。每次出發，這幾樣東西是必需品：一把野外求生刀、一根做成手鍊的逃生繩、打火棒、一個重約幾十克的求生毯、還有就是作為最後保障的水。

當你在野外饑渴難耐的時候，即使是一口乾淨的水也是甘霖，生命中，最簡單的東西有時卻意味著不可或缺。這句話對於我們身體中的水來說，再適用不過了，沒有它們，我們就不存在。人體的三分之二都是水，比如我的體重是60公斤，體內有大約40公斤重的水。

水通過食物、飲料、呼吸、甚至是毛髮和皮膚進入我們的身體，從某種意義上說，正是這些水維持著我此時時刻的存在。

水（化學式：H2O）是地球表面上最多的分子，除了以氣體形式存在於大氣中，其液體和固體形式佔據了地面70-75%組成部分。標準狀況下，水在液體和氣體之間保持動態平衡。室溫下，它是無色，無味，透明的液體。作為通用溶劑之一，水可以溶解許多物質。因此，自然界極少有純淨水。

水的這些性質源自其特殊的結構。水分子的三個原子形成104.5度角。每個氫原子和氧原子之間的鍵，叫共價鍵，通過分享一對電子形成。由於氧比氫爭奪電子的能力要強，因此，共價鍵氧的一側帶負電(-)，氫的一側帶正電( )。

「氫鍵」的作用力比起氫氧之間的共價鍵要弱上很多，出汗的時候，我們會感受到氫鍵的影響。皮膚表面的溫度促使汗液中的水分子運動加劇，直到掙脫束縛轉化為水蒸氣。身體的熱量破壞的氫鍵越多，就會有更多的水分子蒸發。那些逃逸到空氣中的水分子，就將身體的熱量帶到了空氣中，從而讓我們保持涼爽。

另一種氫鍵的可視化效果就是雲和霧。雖然單個的水分子我們並不能看見，但是水分子在氫鍵的作用下，聚集形成足夠大的小水滴，可以反射光，大量的小水滴聚集在一起就形成雲和霧。但同時每個小水滴又足夠的小，所以能四處擴散。

大部分水都是以食物和飲料的方式進入我們的身體，但也有少部分水是通過呼吸作用進入我們體內的，這些水分子會隨著肺部的血液循環進入我們的身體。另外一部分空氣中的水分子，會附著在我們的毛髮和皮膚當中。

由於水分子的特殊性質，很容易跟我們身體中的其它有機物產生化學交換。這意味著，吸附到我們頭髮上的水分子，會跟組成投入的蛋白質分子之間交換氫鍵。換句話說，雖然我們體內中的水量保持著一個平衡，但是此水非彼水，水分子在我們體內的排列組合已經發生了變化。

水分子在人體和環境之間存在著交換，也意味著我們的身體和環境之間保持著相連。

舉個例子，當你從北京來到東北，不消幾個小時，你頭髮中就會有大約10%的氫原子是從外界進入角蛋白的；大約三到四天之內，你頭髮中的水分就會和周圍環境的水蒸氣達到完全的平衡態。當然了，我們體內大多數的水以及結構性的氫還都主要來自飲食。

我可以很肯定的寫下前面的內容，是因為，如今的科學家們可以跟蹤原子的運動。

組成水的氫元素有一種穩定的同位素氘，與氫不同的是，在原子核內質子的旁邊多了一個中子，這就使得這個氘元素的原子，要比只有一個質子的氫原子重一些。但氘與氫的化學性質完全相同，所以對於我們的身體來說，不論喝下去的是由哪種氫組成的水，都是一樣的。

氘的產生與氫差不多，也是在宇宙大爆炸早期就產生的，但是它的含量跟正常的氫比起來就要少很多。正是由於氘與氫的質量不同，所以可以利用氘成為一種有用的原子識別物，科學家們把它叫做示蹤原子。

由於氘比正常的氫多了一個中子，所以由氘和氧組成的水分子就會比由普通氫和氧組成的水分子重一些，這種水分子想掙脫水面，變成水蒸氣的難度就要比普通水分子大。夏天湖裡的水蒸發，就會導致湖水中由氘氧組成的水分子比例大一些，同樣道理，雨水中的氘氧水分子的比例要小。

同樣，由氘氧組成的水分子比例大的水會更多的滲入地下，形成地下水。所以一個經常喝地下水的人，他體內的氘元素的含量就要比喝地表水的人體內的氘元素多。

4.1、識別假冒水

識別市場上暢銷的瓶裝天然水。我們了解示蹤原子的作用，就可以識別市場上哪些水是假冒水。這是因為，如果是瓶裝的天然水，那麼水中那些由氘組成的水分子的比例就會跟水源地相同，如果不同，那麼這瓶水就是假冒的。

4.2、識破謊言

人體的毛髮就如記錄儀一樣記錄著生活環境中的原子分布。一個異地作案的犯罪分子，如果對自己的作案行程拒不承認，那麼只要檢驗他的頭髮中氘與不同地區水源的氘的含量進行比對，就能找出一段時間內他的軌跡。

4.3、歷史研究

一項發表在《考古科學學報》上的研究，通過對頭髮絲上不同部位的氘的含量獲得了一個印加小男孩在生命最後幾個月的一些行蹤。

他的頭髮中高濃度氘，可以解釋為這個小孩在生命中最後一年的大部分時間裡，都在喝著較為溫暖的水，而水源地則位於海拔1600米，比發現他的位置低了很多。髮絲中部蛋白質中的氘的含量略有下降，這是因為冬季水的蒸發速度較慢。接近髮根的部位，氘的含量較高，說明了這個孩子的死亡時間是夏天，而他是在死前一周以內到達了高海拔區域。

4.4、生態系統的研究

亞利桑那州的白翅鴿體內的氘含量揭示了當地仙人掌花期與果期之間的年度循環。

相比於地下水，植物由於水的蒸騰作用，體內會含有更多的氘。當仙人掌花在雨季到來之後盛開，白翅鴿飲用的花蜜就超過了飲水的量。待到仙人掌的果實成熟，白翅鴿們又開始吃果肉和種子，飲食結構的這種變化，就進一步導致了白翅鴿體內的氘的富集。

在醫療領域，利用組成人體的水分子中的氫原子核的磁矩不為零的特點，在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程，來形成人體的三維影像的技術，這就是我們熟知的核磁共振。

這種技術對腦、甲狀腺、肝、膽、脾、腎、胰、腎上腺、子宮、卵巢、前列腺等實質器官以及心臟和大血管有絕佳的診斷功能。與其他輔助檢查手段相比，核磁共振具有成像參數多、掃描速度快、組織解析度高和圖像更清晰等優點，可幫助醫生「看見」不易察覺的早期病變，已經成為腫瘤、心臟病及腦血管疾病早期篩查的利器。

我們生活中的最常見、最普通、最基本的水原來還隱藏著這麼多的秘密。如今仍然有很多關於水的秘密仍然沒有被完全發現，科學家們還在努力當中。限於文章的篇幅，關於水知道答案，就寫到這裡。

明天就是除夕了，老郭在這裡提前恭祝各位讀者——新春快樂，吉祥如意！