提到冰这种物质,我们每个人都十分的熟悉。尤其是对于我国东北一带的居民而言,每到冬天的时候,只要拿上一瓶水前往室外,过不了几秒钟的时间,整瓶水就会逐渐结冰。
可很少有人知道,其实就冰这种看起来十分普通的物质,其实内部也有许许多多的分类。在现如今的科学界中,科学家们就将冰划分出了19种形态,其中最出名的便是冰的第七种形态,也就是七号冰。
不仅如此,甚至还有传言称“一块七号冰就能让地球上的海洋全部冻结”,事实真的如此吗?所谓的七号冰又究竟是什么物质呢?
“七号冰”构想图冰的形态
冰箱的出现,让我们随时随地能够获取冰块,可事实上,我们在日常生活中见到的所有冰块,都只不过是十九种冰形态中最常见的一种,获取的方式也是最容易的。哪怕是小孩子,也能够用某一容器盛水以后放入冰箱,只需要静待一段时间,冰块也就自然而然地出现了。
既然如此,那么冰块形态分类的说法又是从何而来的呢?难道说其他形态的冰块和我们常见的冰块有所不同?答案并非如此。一位来自奥地利因斯布鲁克大学的物理化学教授ThomasLoerting曾表示:想要证明某种冰块是全新形态的冰,就必须要阐明这种冰块的晶体结构是什么样的。
常见冰的晶体结构换句话来说就是,当我们无法通过外表去观测判断某一冰块究竟属于冰的哪一种形态时,就必须从分子层面对冰块进行解释。也只有当冰块的晶体结构与已知所有的形态冰晶体结构都不相同时,人们才能够证明这是一种全新形态的冰。
很多人可能会问,既然外表相同,晶体结构不同,如何证明冰的形态是不同的呢?其实这个问题的答案很简单,那就是不同形态的冰,成型所需要的条件也各不相同。尤其是在压强这一点上,在低压低温下形成的冰块就与在高压低温下的冰块完全不同。
不同形态的冰块不仅如此,很多特殊形态的冰块,对外界环境的要求远远超过人们的想象,以今天所讲的七号冰块为例,形成条件之一就是对压强的极高要求。想要在日常生活中看到七号冰,完全是天方夜谭。
七号冰
科学家们曾对七号冰下过定义,这种冰属于立方形晶体形态。和正常的冰块一样,同样是由两个氢分子和一个氧原子组成,化学方程式也可以写作H2O。
一般提到类似七号冰这种比较少见的物质,人们就会想象七号冰的结构会不会比较复杂。可事实上,七号冰是所有冰形态中唯一一种能够通过简单冷却的无序冰形态。换句话说就是,这种形态的冰,自身的晶体结构组成是非常简单的。
这一点在和其他形态的冰进行对比时就很容易体现出来,世界上绝大多数形态的冰都会在晶体结构上会以不同的方式进行排列,可这些排列方式的成型要求却很高。对于某些特殊形态的冰而言,甚至需要人类实验仪器的帮助才会出现。
可七号冰不一样,在自然界之中,只要外部环境达到了7号冰的形成要求,那么这种冰就会自然而然地出现,根本不需要人为的干预。更重要的是,即便是在这样的情况下,七号冰依旧能够表现出和其他特殊形态冰一样无序的晶体状态。
不过值得一提的是,七号冰的形成条件绝对超乎人们的想象。在其中一方面要求极低,甚至比普通冰块的形成还要简单;可在另外一个方面,以地球现如今的自然环境来说,根本达不到这个要求,而这两个方面便是温度和压强。
在温度方面,七号冰仅仅只需要4.9摄氏度就可以凝固,和我们对于普通冰块的认知完全不同。在压强方面,七号冰的出现至少需要高达30亿帕的压强。很多人可能对30亿帕没有太大的概念,用自然界中的压强进行对比就能理解。
以现如今地球最深的马利亚纳海沟为例,这里的压强就大约在1.亿帕左右,和30亿帕相比,两者之间的差距实在过大。那么地球上就没有能够达到30亿帕的地方吗?答案也并非如此,在地幔深处,压强就能够达到这个数值,只不过在这个区域,地核产生的高温根本不可能让七号冰存在。
由此可见,七号冰的物理性质虽然简单,但实际形成的要求却太过困难。也或许只有在某些特殊的地外天体中,人类才有可能会发现大量七号冰的存在。
冻结海洋?
了解七号冰的物理性质以及形成条件以后,我们就可以来验证一块七号冰就能冻结地球上所有海洋的传言是否真实。科学家们通过对七号冰晶体结构的影响力以及形成条件进行分析后得出结论:
七号冰根本不可能将地球上所有的海洋全部冻结!
首先从存在的可能性上来讲,七号冰与其他所有不同形态的冰最大区别就在于形成要求。可由于七号冰自身结构也属于简单无序的排列方式,所以即便七号冰真的在自然界中形成,只要外部环境发生一定程度的改变,这种冰便会彻底不复存在。
换句话来说就是,当我们将七号冰真的投放进入海洋以后,七号冰会以极快的速度消失不见。除非整个地球的地表环境已经达到30亿帕的压强,并且温度保持在4.5度以下。只不过真到了这种时候,问题的本质也就会发生变化。海洋冻结成冰并不是由某一块七号冰影响,而是由于整个地外环境的影响。
冰封地球构想图其次就是从影响的能力上来看,某一个物质想要影响到另一个物质时,最重要的一点就在于“同化过程”。也就是说七号冰想要让整个海洋同化,就必须要改变海洋中所有水资源的分子结构。可就七号冰这种物质来说,根本不具备这样的能力。
在这种情况下,其实不是七号冰影响地球上的海洋资源,而是海洋水资源影响七号冰。这一点很好理解,将七号冰与水资源调换一下数量级就会发现,或许一滴高达百度的水滴,在进入七号冰内部时,将大面积的对七号冰造成影响。由此可见,七号冰影响地球上所有海洋,根本就是一个传言。
自然界中的七号冰
正常情况下,自然界中确实不可能出现七号冰,毕竟对压强的要求实在是太高了。可遇到某些特殊条件,七号冰同样有存在的可能性,毕竟科学家们如果没有发现过七号冰,肯定也不可能对这种未知的特殊形态冰做出定义。
事实上,早在年的时候,奥利弗·特招纳研究团队就曾在地表多公里以下的一块钻石中发现了七号冰的存在。研究团队在挖取这些钻石的时候,意外发现在钻石内部竟然还有另外一种晶体的存在,这种晶体与钻石无关,却更加偏向于冰。
经过长时间的研究之后,科学家们发现,隐藏在钻石中的这种无色晶体,偏向于冰却也区别于常见的冰。特别是通过高能激光脉冲实验以后发现,这种晶体想要维持稳定的结构,温度必须保证在4.9摄氏度左右。
不仅如此,在强大的冲击压强下,七号冰还可以瞬间分解成多个分子群,并且以每小时公里的速度向周围蔓延,形成类似雪花装的脆弱晶体,而这也是一小块七号冰就能够冻结地球所有海洋的由来。只不过之前的研究学者们没有想过,七号冰虽然可以大范围地分解,但并不能对其他事物构成影响。
当然,实验到这里也就差不过接近尾声了,如果继续强行破开钻石,近距离的观测七号冰,最终的结果只有可能是七号冰会在极短时间内迅速融化,最终消失不见。
那么七号冰是如何进入钻石内部的呢?其实这完全是一个偶然的情况。在地球演变的进程中,碳分子在地底环境中逐渐融合形成钻石的时候,一部分氧原子以及氢原子也随着碳分子的空隙成了钻石的组成部分之一。
金刚石的分子结构在这以后,由于地壳板块的不断运动,这些钻石逐渐下沉到能够到达30亿帕拉强的地底深处。当温度以及压强都达到了七号冰的形成要求时,七号冰也就从原本的分子结构变成了晶体结构。
更重要的是,由于碳分子形成的钻石已经凝固成形,且自身本就具有极大的稳定性,能够保证七号冰始终处于一个安全稳定的环境之中,所以科学家们才有幸观察到七号冰的存在。
七号冰的研究意义
既然七号冰已经被证明没有能够影响地球所有海洋的能力,且七号冰本身的形成要求极为困难,那么我们为什么还要研究七号冰呢?不仅如此,类似这样的晶体,难道每一次成功研制出来,都需要用钻石进行保存,这不是完全成了收藏品?
事实上,科学家们之所以研究七号冰,并持续不断地研究更多有关七号冰的特殊结构以及形成要求,主要目的是为了在未来地外天体探索中能够起到相应的作用。
宇宙中的探测器以目前地球的地表环境来看,七号冰的形成是不可能的,可如果是在另外一个天体上面,当温度和压强都达到要求以后,七号冰自然就会有存在的可能。不仅如此,由于七号冰的本质是一种特殊形态的冰,所以科学家们还能够通过七号冰的存在推测出天体上可能存在大量的水资源。
不同温度和压力下水的不同形态而了解地外天体探索的人都知道,一旦能够判断出某一个天体中存在水资源,世界各国宇航局对这一天体就会更加