الماء تحت الضغط: لماذا يتدفق أسرع سريع

الأصل: "Shear and bulk viscosities of water up to 1.6 GPa and anomaly in the structural relaxation time"
arXiv:2603.17793 · 2026-03-18 · CC BY 4.0 · 1 دقيقة
على عمق عشرات الكيلومترات، يعيد الماء ترتيب بنيته ويصبح أكثر سيولة مما هو عليه على السطح.

الماء في أعماق الأرض مضغوط أكثر من ألف ضعف مقارنة بالسطح. وحتى هناك يستمر في التدفق، لكن بنيته الداخلية تتغير. قام الباحثون بقياس كيفية مقاومة الماء للتدفق والانضغاط عندما يزداد الضغط من الصفر إلى 1.6 جيجا باسكال — وكأن كل سنتيمتر مربع يحمل كتلة مقدارها 16 طنًا.

اتضح أن مقاومة التدفق تزداد أسرع من مقاومة الانضغاط، وتقل نسبتهما إلى النصف. وعلى عكس معظم السوائل، فإن الماء تحت الضغط يعيد ترتيب نفسه بشكل أسرع في البداية: تنجح الجزيئات في تغيير جيرانها خلال زمن يبلغ حوالي بيكو ثانية (جزء من مليون من مليون من الثانية) عند ضغط حوالي 0.5 جيجا باسكال. وبعد ذلك تتباطأ إعادة الترتيب مرة أخرى.

الماء هو السائل الشائع الوحيد الذي يصبح أكثر سيولة عند انضغاطه في البداية. ويعود ذلك إلى أن جزيئاته مرتبطة بروابط هيدروجينية، والتي تنكسر قليلاً تحت الضغط وتسمح للجزيئات بالانزلاق بسهولة أكبر.

يُفسَّر هذا السلوك بأن الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء تنكسر وتتكون من جديد باستمرار. الزمن الذي يستغرقه الجزيء ليجد موضعًا جديدًا هو زمن إعادة الترتيب. وهو يكون في حده الأدنى عند ضغط 0.5 جيجا باسكال. وهذا يعني أنه عند هذا الانضغاط، يغير الماء بنيته المحلية بأسرع ما يمكن، منتقلًا من ترتيب جزيئي إلى آخر. وتؤدي هذه الخاصية إلى سلسلة كاملة من الخصائص غير العادية للماء — من التوصيل الحراري إلى قابلية الانضغاط.

ضغط 1.6 جيجا باسكال يعادل عمق حوالي 50 كيلومترًا تحت سطح الأرض — وهذا هو الوشاح العلوي للأرض. يتواجد الماء هناك في تجاويف مجهرية داخل المعادن ويؤثر على ليونتها.

العلماء
George Gabriel StokesDaniel BernoulliLeonhard EulerArchimedes
المفاهيم
قص توتر سطحي ضغط جوي اللزوجة الماء سلوك طور الماء ضغط الدم soil moisture هيدروديناميكا زلزال الهطول ديناميكا الموائع في الوسائط المسامية troposphere مائع غير نيوتوني smoothed particle hydrodynamics تبخر wind stress إجهاد عدم استقرار كلفن-هلمهولتز باسكال