在我们生活当中,冰已经成为不可分割的一部分,夏天的时候,冰棍是我们解暑的最好方式。特别是在北方,寒冷的冬天缺少了冰雪的存在,那小孩子将会缺少很多的乐趣。
而我们冰箱的制冷功能,也是通过冰块降温保鲜发现的。在不知不觉当中,冰对于我们的生活已经带来了很多的影响,其实不仅只是生活上,在南北极,冰也是很多生物赖以生存的环境,像企鹅和北极熊等等。
众所周知,冰是冻结成固态的水,是一种具有有序结构的结晶无机固体。但在我们的生活当中,冰不仅仅只有一种形态,比如我们经常会接触到的雪,它也是冰的一种;当然,还有冬天由于水流和低气温所造成的冰锥、树上会挂着的雾凇等等。
目前为止,经过科学家的不断探索,在地球上,我们一共发现了19种形态的冰,包括立方晶体变体的冰、甲菱形结晶形式的冰、甲私房结晶的冰还有甲单斜晶相的冰等等。这些冰具有不同的密度和结构,而且形成的过程也各不相同。
比如科学家正在研究的冰11,它被认为是所有形态中具有最稳定配置的一种;还有冰19,它是在2Gpa的压力下冷却到100K的时候才形成的,每一种形态的冰他们所形成的条件也会有很大的差异。
而今天,要介绍的就是冰19种形态的其中一种——七号冰,它同时也被称为地球上最危险的冰,据传闻说“一块7号冰能让地球上的海洋全部冻结”,那么这种冰究竟是什么物质?真的有这么神奇吗?
7号冰
7号冰是一种立方形晶体形态的冰。它同样是由两个氢分子和一个氧原子组成,和大多数形态的冰一样,在排序上,它的氢原子是处于无序排列,而氧原子在多个点位上也是无序排列的。它也是所有形态当中唯一可以通过简单冷却排序的无序冰相。
7号冰的形成比它的原子排序更加有特点,我们都知道,普通冰的凝固点是在0度,也就是说水分子只有在低于0摄氏度的时候,才会形成冰,而7号冰,它的凝固点是少见的4.9摄氏度,没有零下,就是常温,很奇怪对吧。
其次就是7号冰在形成时最主要,也是最苛刻、最有特点的一点,它需要极高的压强来形成。据研究表明,一块7号冰至少需要30亿帕的压强才能正常的形成,而让我们感到恐惧的深海压强仅仅只有几千万帕而已。就这一点,就已经不符合7号冰的形成条件了。
住在高海拔地区的人都知道,随着气压的降低,水的沸点将会越来越低。其原因就是,水所蕴含的水分子结构可随意改变自己的形状和位置,而随着温度的不断增加,水的平均动能也就会越来越快,也就意味着水分子蒸发的速度越快,也就引起了水的沸腾这一现象。
而伴随着气压的不断增强,水分子蒸发的速度受到很大的阻力,只能不断地进行压缩,极大地降低了水的动能。压强的不断增加,只会让水逐渐地变为固态。
因此,我们可以知道为什么7号冰的形成条件,必须要受到超过30亿帕的压强的原因。如果想要正常的在常温、常压的条件下创造出一块7号冰,所需要的条件是,增强超过20000倍的标准大气压。
冻结海洋
之前传闻上说,一块7号冰能瞬间冻结地球上所有的海洋,这是真的吗?
首先我们要知道,一块7号冰在结冰的条件成立的前提下,它的结晶速度是很快的,最高能达到每小时1600公里的结晶速度,而也正是因为这一点,所以它能在常温的水当中快速结晶。
但通过了解7号冰的特点,我们发现,它的结晶条件在地球上是不被满足的。迄今为止,我们人类所发现的世界上最深的海洋——马里亚海沟的压强也只有10万帕左右,而7号冰的形成却需要接近30亿帕的压强。
况且,整个地球本就是一个巨大的蓝色星球,地表被海洋覆盖的面积占比70.8%,且海洋的总水量有136亿亿吨。这么一个庞大的数字,如果放一块小小的7号冰,按照它正常的结晶速度以及保证它所需要的结晶条件,其能在瞬间冻结海洋的可能性并不高。
要知道海洋是整个地球最神秘的地方。海洋的平均温度仅3.5摄氏度,可是结合它的总质量,对于我们人类来说,如果能将海洋能源利用起来,那我们未来的能源将会取之不尽,用之不竭。
即使是我们拥有7号冰,将它扔进海洋当中,7号冰也会被瞬间融化,因为它不具备结晶条件,而它自己也会在常温下逐渐融化,最后永远的消失在这片海洋当中。
也正因为这一点证实了“7号冰能冻结地球上全部海洋”的传闻,完全是无稽之谈。
钻石里的7号冰
7号冰形成条件的困难,让我们对发现这种晶体彻底绝望,那在我们地球上到底有没有发现过7号冰的踪迹?如果没有发现过,那7号冰的定义,又是怎么来的呢?
众所周知,钻石是世界是哪个硬度很大的物体,它有着非常稳定的化学性质的分子结构,不容易受到破坏。
而且钻石还具备一个特点,那就是不管钻石外表所处在任何环境,即使是在形成过后离开了高压的环境,它的内部依然会保持它所形成环境的压强。
2018年,奥利弗.特绍纳的研究团队,在地表以下400多公里的地方挖掘出这样一批钻石。
他们通过肉眼看出,钻石里面有一种透明无色的晶体被包裹着。团队利用x射线扫描钻石,发现了这个晶体的基本结构。专家发现,这种晶体和我们了解的冰的常见分子结构大不相同。
通过利用高能激光脉冲对钻石内的7号冰进行冲击探测,冲击力度升到10000多倍,并且保持7号冰所需要的温度稳定在4.9摄氏度。
我们发现,在强大的冲击压强下,7号冰分解成100多个分子群,以每小时1600公里的速度迅速蔓延并且结成晶体,这也就是为什么在之前有人指出能瞬间冻结全球海洋的原因。
可由于钻石的过于坚硬,在这样的冲击力加持下,7号冰也没能冲开钻石的约束。而且,如果强行破坏钻石的结构释放出里面的7号冰,它也会在瞬间的高压和温度下融化。
当然,钻石7号冰的发现,是地球上第一次认识7号冰,如今它也作为样品被保存在实验室当中。
这颗钻石体内的7号冰的形成也是极具偶然性的,在碳分子慢慢合成钻石的时候氢原子和氧原子进入钻石内部。在地表以下不断沉淀,最后由于地壳板块的不断运动,逐渐被埋没在能达到7号冰形成条件的压强以下,再由于地幔的不断活动,被慢慢的带出来。
通过我们对7号冰的不断了解,再随着人类科技的不断发展进步,人类已经掌握了能成功制出7号冰的技术。
此前,美国劳伦斯利佛摩国家实验室就曾成功地制出7号冰和8号冰,并且还发出声明称,这种物质在常温和常压下根本无法生成,就更别提这种物质能冻结海洋了。
宇宙的七号冰
地球上,虽然在极其巧合的情况下会产生7号冰,但是形成条件过于苛刻,而且还需要很长时间的沉淀。因此在地球上发现7号冰的概率不亚于大海捞针,而除开地球,浩瀚无垠的宇宙当中,其他星球上会不会有7号冰的存在呢?
葛利斯581c是一颗位于天秤座距离地球20.5光年的红矮星,这颗行星和另外两颗红矮星绕着很小的一颗恒星公转。
可以把这颗行星叫做海洋行星,因为它的表面完全被水覆盖,看不到陆地,表面只有水,而且就连表面底下也全都是水。
科学家认为,这颗行星存在着7号冰,因为他们觉得,当有大量水存在的时候,水底会存在着极大的压力,而7号冰诞生所需要的压强也会在深海底部产生,最后会将这些业态海水,逐渐压缩成7号冰。
相同的,在我们所存在的太阳系当中,木星的木卫二还有很大的可能存在着7号冰,因为在这颗星球上同样存在着大量的液态水,根据科学的推测,木卫二的冰层下,有很大的可能隐藏了50千米的深海洋。
这些冰层将会产生较大的压力,再加上深海所具备的压强,所以也有可能在这颗星球的深海处发现7号冰的踪影。
目前为止,我们并不能准确地说出,在宇宙或者是太阳系当中发现了7号冰,这所有的一切都只是科学家们的大胆推测。
至少,在这样的环境下,它具备了形成7号冰的条件,不过随着航天事业的不断发展,和科技的不断进步,这些星球,都将会被人类好好的探测,届时将会有很大的可能证实科学家们的猜想。
结语
7号冰的发现,让我们对这个世界又有了更大的发现,到目前为止,我们还没能发现7号冰对于我们人类的发展来说具有着什么样的意义,或者说是对我们的科技发展有什么帮助。
不过通过我们的大胆猜测,这样一种适合在高压环境下的物质,未来也一定会被用于高压环境下,例如钻探设备或者潜艇设备等,这对世界各国的深海探索或者是地幔研究意义都将会是巨大的。
在科学实验上,大多数的研究的想法都来自于我们的生活,而研究的最终的目的也是为了改变未来,造福人类!
我们通过普通冰的发现,创造了冰箱等等方式,而现在更是发现了19种形态的冰,那对我们人类的未来将会创造出无限的可能。
出处:头条号 @坐景观天