一塊「7號冰」,足以凍結地球上所有海洋?「7號冰」究竟是什麼?

天空之城 2022/10/07 檢舉 我要評論

自從此前北極能穿短袖新聞被報道之后,大家就開始擔心起了海洋的情況,認為在這種趨勢之下,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,想辦法當地球海洋全部凍結就好了

大家可能會想,這想法也太離譜了,科幻片都不敢這麼演。但事實上, 還真有可能做到,一塊「7號冰」就足矣了。那麼,這個「7號冰」究竟是什麼?它真的能讓地球海洋全部凍結嗎?

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, 怎麼由水凍結成的冰竟然也被人類劃分了「三六九等」,我們在日常生活當中從未聽過這種叫法。實際上,科學家從很早就開始給冰進行分類了,之所以要分類, 是因為在微觀視角下,各種冰之間確實存在很大的差別

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麼不同, 必須要在微觀世界當中,去剖析冰的晶體結構

以這種標準來說, 咱們日常生活中經常見到的冰就屬于一號冰,由于其內部的結構,人們也稱其為六角冰。

當然,最初人們覺得自然界中的冰應該是「量產」的,簡單來說它們都一模一樣。可是后來大家才意識到,當溫度和壓強有所變化之后, 水分子之間的氫鍵會表現出不同的網格結構和強度,從而會呈現出諸多復雜的冰相,并且每種冰相的冰都有著自己的特點。

根據目前的研究來看, 人類已經發現了十幾種冰晶結構,其中大部分都是在實驗室當中得到的。因為在自然環境之下,很難讓符合人們要求的壓強和溫度同時出現。其中, 只有六方相冰Ih和立方相冰Ic能在自然界當中自然形成以及存在

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射線衍射的方法進行了結構分析

后來隨著實驗裝置越來越完善,觀測的設備也越來越高級,人們發現了更多的冰相,其中就有咱們今天要說的 7號冰,那麼7號冰是怎麼被發現的?它究竟是何方神圣呢?

神奇的「7號冰」

首先需要說明一點,那就是科學家在探究冰相的時候, 確實會使用數字為其排序命名,但是他們一般都會在冰后面加上羅馬數字,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從本質上來說,指的都是一種東西。

根據資料來看,7號冰的發現者Klotz等人在實驗室中發現在95K以下的環境中通過對冰VI進行減壓,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的壓強下穩定存在。至于7號冰的內部結構, 它是由兩個相互結構的立方冰晶格組成的,子晶格之間不存在連接的氫鍵

若要將其和常見的1號冰進行對比,就會發現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號冰遠比我們想象的「堅實」。除此之外,7號冰相較于1號冰來說, 其凝固點反而更高

大家都知道,一般來說,水在低于0攝氏度的時候才會凝固。可是7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的。

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,但是它對壓強的要求也高得離譜。

從研究數據來看, 凍結一塊7號冰需要30億帕的壓強,而咱們的標準大氣壓只有101.325千帕,即使進入地表最深的馬里亞納海溝,距離30億帕這個數字依舊差的很遠。

當然,大千世界無奇不有,科學家本來覺得在自然環境下肯定無法發現7號冰了,可沒想到就在2018年,有一個美國的研究團隊意外發現了一顆 鉆石。鉆石雖然珍貴,但是從本質上來說它并沒有什麼稀奇的, 問題是鉆石當中出現了罕見的7號冰

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

科學家們發現這一情況后很激動,但有些人卻很憂心。因為在不少頗具想象力的描述當中, 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嗎?

7號冰能否凍結海洋

實際上,關于7號冰可以凍結海洋的這種說法,也不能算是「憑空胡謅」, 因為7號冰的特性確實比較符合這種設想

根據科學家的研究來看,如果7號冰在自然條件下形成了,并且當時的氣壓和溫度都滿足其繼續結冰的需求,那麼這家伙就會從那一個「點」瘋狂地向外擴散。 在短短的一小時之內,甚至能讓附近1600公里的地方都完成結冰

因此才會有人認為,如果給人們一塊7號冰, 在合適的條件和時間下,確實能夠凍結整個海洋。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

在這種情況下,即使有人將一塊完整的7號冰丟進了海里,也不會出現預想中迅速凍結海洋的畫面。更有可能的情況是, 7號冰在進入其中的時候就已經融化了

當然,地球上不存在這樣的環境卻不代表著其他星球上不存在。根據科學家的研究來看, 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號冰確實存在著能夠凍結海洋的能力。但是它想做到這一點, 前置條件實在是太多了,地球顯然是不能滿足它的。所以,像僅憑一塊冰就凍結地球的海洋,確實是做不到的。

值得一提的是,除了擁有「快速凍結」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,自從被發現之后就頻頻登上討論熱榜

超離子態冰相-18號冰

如果說7號冰能在常溫之下凝結的情況已經很讓人震驚了,那麼 18號冰將會再次顛覆我們的認知。早在1988年時,沉迷于研究冰相的物理學家就給出了一個有關「高溫結冰」的預言。

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

在這種情況下, 這種冰晶結構會更加穩定,熔點也會更高。這個預言,到了30年后,終于被證實了。

據報道,2018年時,LLNL的物理學家Millot等找到了超離子冰存在的第一個線索。他們對液態的水進行壓縮,使得液態水在幾納秒內變成了固態冰。導電性在短時間內比之前增強了數百倍,這意味著水冰已經變成了「超離子」態。

與那位物理學家的預測差不多, 當壓力處在249到278GPa,溫度在2000到3000K之間時,18號冰可以順利出現。從這一情況來說,這塊冰是真的做到了「浴火重生」。

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