大家听说过7号冰吗?有人说它可以短时间冻结所有海洋,可能吗?
在大家的印象中 , 冰是水在处于冰点的温度之下所形成的固体形态 , 地球上的冰虽然形态各异 , 但从本质上看都大同小异 , 为何会有7号冰的说法呢?而且在有的文章或者报道中还可以看到 , 7号冰还具有非常强的“魔性” , 可以让地球在短时间内毁灭 , 这是真的吗?
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我们先来看一下什么是7号冰
无论是几号冰 , 它都属于水的固体相态形式 。 在微观层面 , 冰之所以能够形成固态 , 主要是除了与液态、气态水分子身身氧与氢原子通过化学键相连接之外 , 每个水分子与其他水分子之间仍然会通过氢键的方式进行结合 , 而这种氢键的结合力在固态相位表现得最强 。 通过微观层面的观测分析 , 1个水分子与周围的4个水分子之间可以通过这种氢键的方式进行结合 , 结合力越小 , 则水分子的活跃程度就会越高 , 水的形态就会趋向于流动性 , 对外表现出液态或者气态 。
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科学家们通过大量的实验研究 , 绘制了水的相位图 。 在水的相位图中 , 依据水的固态、液态和气态三种存在形式所在的温度和压强的对应关系 , 划分为三个主要的区域 , 不同区域的相接线即是水在不同相位变化的温度和压强临界值组成的曲线 。 通过这个曲线 , 大家可以看到一个奇怪的地方 , 那就是对于固态的水来说 , 其中还划分为了若干小块的区域 , 每个区域都代表着具有一定特征差异的固态水 , 其中7号冰所对应图中的标识是VII 。
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那么 , 这也就向我们说明了一个问题 , 即在实验室环境中 , 我们可以通过改变实验环境的温度和压力组合 , 使水分子之间的结合排列形式发生不同程度的改变 , 从而达到以多种晶体形式凝结为固态的冰种 。 如果在室温条件下 , 将压力提高到3GPa(3万个标准大气压)时 , 就会产生所谓的7号冰 。
7号冰的特性
从冰的形成过程来看 , 主要有两种成核模式 , 一种是在已经结晶的冰晶表面吸附水分子、或者在固体杂质表面吸附水分子 , 然后在水分子在吸附表面因温度和压力的组合条件而适时形成晶核 , 这种是我们日常生活中常见的一种结冰形式 , 这种结冰形式是各向异性的 , 因此也叫不均相成核方式 。 另外一种 , 是通过热涨落的方式而形成晶核 , 比如巨大的冲击波击中液态的水 , 在水未恢复原有状态之前会有可能发生瞬态成核现象而结冰 。 7号冰的形成则兼具以上两种方式 , 主要依靠的还是温度和压力的组合条件 , 科学家们已经在实验中模拟出了7号冰的形成所需要具备的基本条件 。
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由于7号冰在结晶状态下 , 结晶核与液态水分子之间不存在基本不存在中间的热层 , 只受到水分子在结晶初始状态的排序影响 , 因此理论上其结晶的扩散速度是非常快的 , 可以在很短的时间内与周围上百个水分子发生很强的结合力 , 有报道称1个小时的冰晶扩散速度可以达到1600公里 , 这也是7号冰最大的特性了 。
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只不过这个特性只在实验室环境中 , 在创造的特定温度和压力条件下所表现出来的 , 在自然环境中不可能再现 。 即使拿海洋中最深处来说 , 其压力应该是地球常态下的最高压力了 , 但也不过1亿Pa左右 , 这与3GPa(30亿Pa)相距甚远 , 地球无论是陆地还是海洋 , 在自然状态下是形成不了7号冰的 。
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