“7號冰”究竟是什么？

自從此前北極能穿短袖新聞被報(bào)道之后，大家就開始擔(dān)心起了海洋的情況，認(rèn)為在這種趨勢之下，它用不了多久就會大張旗鼓地來侵襲陸地，將人們建起的家園完全吞噬。這時有人就大開腦洞，指出想解決這個問題也簡單，想辦法當(dāng)?shù)厍蚝Ｑ笕績鼋Y(jié)就好了。

到時候地球可能會變“冰球”

大家可能會想，這想法也太離譜了，科幻片都不敢這么演。但事實(shí)上，還真有可能做到，一塊“7號冰”就足矣了。那么，這個“7號冰”究竟是什么？它真的能讓地球海洋全部凍結(jié)嗎？

地球上真的有那么神奇的冰嗎？

冰有著諸多冰相

提到7號冰的時候許多人肯定都是滿頭問號，怎么由水凍結(jié)成的冰竟然也被人類劃分了“三六九等”，我們在日常生活當(dāng)中從未聽過這種叫法。實(shí)際上，科學(xué)家從很早就開始給冰進(jìn)行分類了，之所以要分類，是因?yàn)樵谖⒂^視角下，各種冰之間確實(shí)存在很大的差別。

很顯然，如果你只是從表面上去觀察，很難看出各種種類的冰之間有著什么不同，必須要在微觀世界當(dāng)中，去剖析冰的晶體結(jié)構(gòu)。

以這種標(biāo)準(zhǔn)來說，咱們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見到的冰就屬于一號冰，由于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，人們也稱其為六角冰。

1號冰的分子結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)然，最初人們覺得自然界中的冰應(yīng)該是“量產(chǎn)”的，簡單來說它們都一模一樣?？墒呛髞泶蠹也乓庾R到，當(dāng)溫度和壓強(qiáng)有所變化之后，水分子之間的氫鍵會表現(xiàn)出不同的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，從而會呈現(xiàn)出諸多復(fù)雜的冰相，并且每種冰相的冰都有著自己的特點(diǎn)。

根據(jù)目前的研究來看，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了十幾種冰晶結(jié)構(gòu)，其中大部分都是在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中得到的。因?yàn)樵谧匀画h(huán)境之下，很難讓符合人們要求的壓強(qiáng)和溫度同時出現(xiàn)。其中，只有六方相冰Ih和立方相冰Ic能在自然界當(dāng)中自然形成以及存在。

水的三態(tài)變化條件示意圖

就這樣，人們從1900年就開始探索冰的冰相，那時的人們通過簡單的加壓就得到了氫有序的2號冰。但是由于觀測設(shè)備不太行，所以2號冰直到1964年時才被人們通過單晶X射線衍射的方法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。

后來隨著實(shí)驗(yàn)裝置越來越完善，觀測的設(shè)備也越來越高級，人們發(fā)現(xiàn)了更多的冰相，其中就有咱們今天要說的7號冰，那么7號冰是怎么被發(fā)現(xiàn)的？它究竟是何方神圣呢？

7號冰長的和普通的冰不一樣嗎？

神奇的“7號冰”

首先需要說明一點(diǎn)，那就是科學(xué)家在探究冰相的時候，確實(shí)會使用數(shù)字為其排序命名，但是他們一般都會在冰后面加上羅馬數(shù)字，比如7號冰就會被表述為冰VII。因此無論是7號冰還是冰VII從本質(zhì)上來說，指的都是一種東西。

根據(jù)資料來看，7號冰的發(fā)現(xiàn)者Klotz等人在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)在95K以下的環(huán)境中通過對冰VI進(jìn)行減壓，就可以得到高壓相冰VII。并且在這之后，有研究者表示7號冰可以在22kbar的壓強(qiáng)下穩(wěn)定存在。至于7號冰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是由兩個相互結(jié)構(gòu)的立方冰晶格組成的，子晶格之間不存在連接的氫鍵。

7號冰的分子結(jié)構(gòu)示意圖

若要將其和常見的1號冰進(jìn)行對比，就會發(fā)現(xiàn)7號冰的密度非常高，大約是1號冰的1.5倍左右。這樣來看的話，7號冰遠(yuǎn)比我們想象的“堅(jiān)實(shí)”。除此之外，7號冰相較于1號冰來說，其凝固點(diǎn)反而更高。

大家都知道，一般來說，水在低于0攝氏度的時候才會凝固?？墒?號冰卻是劍走偏鋒的代表，它在4.9攝氏度的時候就可以凝固了，單從溫度來看，它在日常生活中似乎還是很容易出現(xiàn)的。

通常情況下，水結(jié)冰的溫度是0度

但是只有溫度不夠，咱們在前文中剛說了，冰相的變化是受到壓強(qiáng)和溫度共同作用的。7號冰的凝固溫度雖然比較高，但是它對壓強(qiáng)的要求也高得離譜。

從研究數(shù)據(jù)來看，凍結(jié)一塊7號冰需要30億帕的壓強(qiáng)，而咱們的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓只有101.325千帕，即使進(jìn)入地表最深的馬里亞納海溝，距離30億帕這個數(shù)字依舊差的很遠(yuǎn)。

海溝最深處的壓力可達(dá)110兆帕

當(dāng)然，大千世界無奇不有，科學(xué)家本來覺得在自然環(huán)境下肯定無法發(fā)現(xiàn)7號冰了，可沒想到就在2018年，有一個美國的研究團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)了一顆鉆石。鉆石雖然珍貴，但是從本質(zhì)上來說它并沒有什么稀奇的，問題是鉆石當(dāng)中出現(xiàn)了罕見的7號冰。

原來，這顆鉆石在意外情況下成為了7號冰凝結(jié)的實(shí)驗(yàn)室，要知道它不僅在壓強(qiáng)方面能夠滿足7號冰的需求，還能依靠將其鎖在體內(nèi)的方式讓溫度維持在一定的限值之下。在這種情況下，一個相當(dāng)迷你的7號冰就誕生了。

鉆石中7號冰的衍射圖案

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這一情況后很激動，但有些人卻很憂心。因?yàn)樵诓簧兕H具想象力的描述當(dāng)中，7號冰的存在對于人類來說并不是一件好事，相反它還可能會被犯罪分子當(dāng)成毀滅地球的武器。

難道說，僅憑一塊7號冰真的能讓地球的海洋直接被凍結(jié)嗎？

到時候人類可能都不需要學(xué)游泳了

7號冰能否凍結(jié)海洋

實(shí)際上，關(guān)于7號冰可以凍結(jié)海洋的這種說法，也不能算是“憑空胡謅”，因?yàn)?號冰的特性確實(shí)比較符合這種設(shè)想。

根據(jù)科學(xué)家的研究來看，如果7號冰在自然條件下形成了，并且當(dāng)時的氣壓和溫度都滿足其繼續(xù)結(jié)冰的需求，那么這家伙就會從那一個“點(diǎn)”瘋狂地向外擴(kuò)散。在短短的一小時之內(nèi)，甚至能讓附近1600公里的地方都完成結(jié)冰。

計(jì)算機(jī)模擬下的7號冰

因此才會有人認(rèn)為，如果給人們一塊7號冰，在合適的條件和時間下，確實(shí)能夠凍結(jié)整個海洋。不過，通過上文的介紹大家也明白了，僅僅有溫度是不夠的，而地球的地表根本不存在7號冰形成所需要的壓強(qiáng)。

在這種情況下，即使有人將一塊完整的7號冰丟進(jìn)了海里，也不會出現(xiàn)預(yù)想中迅速凍結(jié)海洋的畫面。更有可能的情況是，7號冰在進(jìn)入其中的時候就已經(jīng)融化了。

還未出手，就已結(jié)束……

當(dāng)然，地球上不存在這樣的環(huán)境卻不代表著其他星球上不存在。根據(jù)科學(xué)家的研究來看，距離地球20多光年的系外行星可能有孕育7號冰的潛力。畢竟這個星球上的壓強(qiáng)和溫度都能滿足7號冰，更重要的是它的表面似乎沒有陸地，而是完全被海洋包裹著。

總之，從理論上來說，7號冰確實(shí)存在著能夠凍結(jié)海洋的能力。但是它想做到這一點(diǎn)，前置條件實(shí)在是太多了，地球顯然是不能滿足它的。所以，像僅憑一塊冰就凍結(jié)地球的海洋，確實(shí)是做不到的。

“想凍我？再練練吧！”

值得一提的是，除了擁有“快速凍結(jié)”特長的7號冰常常被人們提起以外，還有一種神奇的18號冰，自從被發(fā)現(xiàn)之后就頻頻登上討論熱榜。

超離子態(tài)冰相-18號冰

如果說7號冰能在常溫之下凝結(jié)的情況已經(jīng)很讓人震驚了，那么18號冰將會再次顛覆我們的認(rèn)知。早在1988年時，沉迷于研究冰相的物理學(xué)家就給出了一個有關(guān)“高溫結(jié)冰”的預(yù)言。

雖然看起來很不可思議，但是他卻認(rèn)為，在高溫和高壓同時存在的極端環(huán)境當(dāng)中，氧離子是可以被鎖在固態(tài)立方晶格當(dāng)中的。至于氫離子則可以在其中自由地移動。

18號冰的分子結(jié)構(gòu)示意圖

在這種情況下，這種冰晶結(jié)構(gòu)會更加穩(wěn)定，熔點(diǎn)也會更高。這個預(yù)言，到了30年后，終于被證實(shí)了。

據(jù)報(bào)道，2018年時，LLNL的物理學(xué)家Millot等找到了超離子冰存在的第一個線索。他們對液態(tài)的水進(jìn)行壓縮，使得液態(tài)水在幾納秒內(nèi)變成了固態(tài)冰。導(dǎo)電性在短時間內(nèi)比之前增強(qiáng)了數(shù)百倍，這意味著水冰已經(jīng)變成了“超離子”態(tài)。

超離子冰又會是什么樣子的呢？

與那位物理學(xué)家的預(yù)測差不多，當(dāng)壓力處在249到278GPa，溫度在2000到3000K之間時，18號冰可以順利出現(xiàn)。從這一情況來說，這塊冰是真的做到了“浴火重生”。

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