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每日快报!“7号冰”究竟是什么？

来源：科普中国

自从此前北极能穿短袖新闻被报道之后，大家就开始担心起了海洋的情况，认为在这种趋势之下，它用不了多久就会大张旗鼓地来侵袭陆地，将人们建起的家园完全吞噬。这时有人就大开脑洞，指出想解决这个问题也简单，想办法当地球海洋全部冻结就好了。

到时候地球可能会变“冰球”


【资料图】

大家可能会想，这想法也太离谱了，科幻片都不敢这么演。但事实上，还真有可能做到，一块“7号冰”就足矣了。那么，这个“7号冰”究竟是什么？它真的能让地球海洋全部冻结吗？

地球上真的有那么神奇的冰吗？

冰有着诸多冰相

提到7号冰的时候许多人肯定都是满头问号，怎么由水冻结成的冰竟然也被人类划分了“三六九等”，我们在日常生活当中从未听过这种叫法。实际上，科学家从很早就开始给冰进行分类了，之所以要分类，是因为在微观视角下，各种冰之间确实存在很大的差别。

很显然，如果你只是从表面上去观察，很难看出各种种类的冰之间有着什么不同，必须要在微观世界当中，去剖析冰的晶体结构。

以这种标准来说，咱们日常生活中经常见到的冰就属于一号冰，由于其内部的结构，人们也称其为六角冰。

1号冰的分子结构示意图

当然，最初人们觉得自然界中的冰应该是“量产”的，简单来说它们都一模一样。可是后来大家才意识到，当温度和压强有所变化之后，水分子之间的氢键会表现出不同的网格结构和强度，从而会呈现出诸多复杂的冰相，并且每种冰相的冰都有着自己的特点。

根据目前的研究来看，人类已经发现了十几种冰晶结构，其中大部分都是在实验室当中得到的。因为在自然环境之下，很难让符合人们要求的压强和温度同时出现。其中，只有六方相冰Ih和立方相冰Ic能在自然界当中自然形成以及存在。

水的三态变化条件示意图

就这样，人们从1900年就开始探索冰的冰相，那时的人们通过简单的加压就得到了氢有序的2号冰。但是由于观测设备不太行，所以2号冰直到1964年时才被人们通过单晶X射线衍射的方法进行了结构分析。

后来随着实验装置越来越完善，观测的设备也越来越高级，人们发现了更多的冰相，其中就有咱们今天要说的7号冰，那么7号冰是怎么被发现的？它究竟是何方神圣呢？

7号冰长的和普通的冰不一样吗？

神奇的“7号冰”

首先需要说明一点，那就是科学家在探究冰相的时候，确实会使用数字为其排序命名，但是他们一般都会在冰后面加上罗马数字，比如7号冰就会被表述为冰VII。因此无论是7号冰还是冰VII从本质上来说，指的都是一种东西。

根据资料来看，7号冰的发现者Klotz等人在实验室中发现在95K以下的环境中通过对冰VI进行减压，就可以得到高压相冰VII。并且在这之后，有研究者表示7号冰可以在22kbar的压强下稳定存在。至于7号冰的内部结构，它是由两个相互结构的立方冰晶格组成的，子晶格之间不存在连接的氢键。

7号冰的分子结构示意图

若要将其和常见的1号冰进行对比，就会发现7号冰的密度非常高，大约是1号冰的1.5倍左右。这样来看的话，7号冰远比我们想象的“坚实”。除此之外，7号冰相较于1号冰来说，其凝固点反而更高。

大家都知道，一般来说，水在低于0摄氏度的时候才会凝固。可是7号冰却是剑走偏锋的代表，它在4.9摄氏度的时候就可以凝固了，单从温度来看，它在日常生活中似乎还是很容易出现的。

通常情况下，水结冰的温度是0度

但是只有温度不够，咱们在前文中刚说了，冰相的变化是受到压强和温度共同作用的。7号冰的凝固温度虽然比较高，但是它对压强的要求也高得离谱。

从研究数据来看，冻结一块7号冰需要30亿帕的压强，而咱们的标准大气压只有101.325千帕，即使进入地表最深的马里亚纳海沟，距离30亿帕这个数字依旧差的很远。

海沟最深处的压力可达110兆帕

当然，大千世界无奇不有，科学家本来觉得在自然环境下肯定无法发现7号冰了，可没想到就在2018年，有一个美国的研究团队意外发现了一颗钻石。钻石虽然珍贵，但是从本质上来说它并没有什么稀奇的，问题是钻石当中出现了罕见的7号冰。

原来，这颗钻石在意外情况下成为了7号冰凝结的实验室，要知道它不仅在压强方面能够满足7号冰的需求，还能依靠将其锁在体内的方式让温度维持在一定的限值之下。在这种情况下，一个相当迷你的7号冰就诞生了。

钻石中7号冰的衍射图案

科学家们发现这一情况后很激动，但有些人却很忧心。因为在不少颇具想象力的描述当中，7号冰的存在对于人类来说并不是一件好事，相反它还可能会被犯罪分子当成毁灭地球的武器。

难道说，仅凭一块7号冰真的能让地球的海洋直接被冻结吗？

到时候人类可能都不需要学游泳了

7号冰能否冻结海洋

实际上，关于7号冰可以冻结海洋的这种说法，也不能算是“凭空胡诌”，因为7号冰的特性确实比较符合这种设想。

根据科学家的研究来看，如果7号冰在自然条件下形成了，并且当时的气压和温度都满足其继续结冰的需求，那么这家伙就会从那一个“点”疯狂地向外扩散。在短短的一小时之内，甚至能让附近1600公里的地方都完成结冰。

计算机模拟下的7号冰

因此才会有人认为，如果给人们一块7号冰，在合适的条件和时间下，确实能够冻结整个海洋。不过，通过上文的介绍大家也明白了，仅仅有温度是不够的，而地球的地表根本不存在7号冰形成所需要的压强。

在这种情况下，即使有人将一块完整的7号冰丢进了海里，也不会出现预想中迅速冻结海洋的画面。更有可能的情况是，7号冰在进入其中的时候就已经融化了。

还未出手，就已结束……

当然，地球上不存在这样的环境却不代表着其他星球上不存在。根据科学家的研究来看，距离地球20多光年的系外行星可能有孕育7号冰的潜力。毕竟这个星球上的压强和温度都能满足7号冰，更重要的是它的表面似乎没有陆地，而是完全被海洋包裹着。

总之，从理论上来说，7号冰确实存在着能够冻结海洋的能力。但是它想做到这一点，前置条件实在是太多了，地球显然是不能满足它的。所以，像仅凭一块冰就冻结地球的海洋，确实是做不到的。

“想冻我？再练练吧！”

值得一提的是，除了拥有“快速冻结”特长的7号冰常常被人们提起以外，还有一种神奇的18号冰，自从被发现之后就频频登上讨论热榜。

超离子态冰相-18号冰

如果说7号冰能在常温之下凝结的情况已经很让人震惊了，那么18号冰将会再次颠覆我们的认知。早在1988年时，沉迷于研究冰相的物理学家就给出了一个有关“高温结冰”的预言。

虽然看起来很不可思议，但是他却认为，在高温和高压同时存在的极端环境当中，氧离子是可以被锁在固态立方晶格当中的。至于氢离子则可以在其中自由地移动。

18号冰的分子结构示意图

在这种情况下，这种冰晶结构会更加稳定，熔点也会更高。这个预言，到了30年后，终于被证实了。

据报道，2018年时，LLNL的物理学家Millot等找到了超离子冰存在的第一个线索。他们对液态的水进行压缩，使得液态水在几纳秒内变成了固态冰。导电性在短时间内比之前增强了数百倍，这意味着水冰已经变成了“超离子”态。

超离子冰又会是什么样子的呢？

与那位物理学家的预测差不多，当压力处在249到278GPa，温度在2000到3000K之间时，18号冰可以顺利出现。从这一情况来说，这块冰是真的做到了“浴火重生”。

对此，你怎么看呢？欢迎来评论区留言。关注CHN九象科技，通过科普，你会发现这个世界有太多奇妙无比的事情。

关键词： 物理学家 分子结构 自然环境

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