探秘7號冰:它真能凍結地球海洋嗎

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藍莓卷

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科幻小說《貓的搖籃》裡,有種神奇物質。

常溫下是固態,碰到液態水就讓水瞬間結冰,還會快速蔓延,若投進海洋,地球海洋很快會全凍結。

有人說,「7 號冰」就是這類物質,這是真的嗎?

7 號冰到底是什麽?

從微觀上看,水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成,氫原子和氧原子各共用一對電子,也就是「共用電子對」。

這對電子總偏向氧原子,所以水分子氫原子一側帶正電,氧原子一側帶負電。相鄰水分子會相互吸引,這就是「氫鍵」。

水結冰時,水分子靠「氫鍵」連接成有序晶體結構,環境不同,晶體類型也不同,7號冰就是其中一種,科學家通常叫它「冰 VII」(Ice VII)。

7 號冰到底是什麽?從微觀上看,水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成,氫原子和氧原子各共用一對電子,也就是「共用電子對」。(來源:網絡)

在上世紀 30 年代,科學家就通過實驗設計,在 3 萬個標準大氣壓以上的高壓環境下,把液態水降溫到室溫,成功造出了這種分子排列整齊的特殊冰結構,這不是意外發現,而是有目標的實驗結果。

真正偶然的是自然狀態下 7 號冰的發現是在2018 年。

科學家在研究鉆石內含物時,意外在里面找到了 7 號冰 —— 鉆石形成於地幔深處的高壓環境,恰好把當時的水分子封存在里面,形成了 7 號冰並保留至今。

科學家研究發現,7號冰確實能在常溫下存在,而且它的晶體結構很特別,結晶核和液態水分子間幾乎沒有中間熱層,推動液態水結晶的速度只受已結晶水分子初始排列影響。

理論上,大約100個水分子就能形成7號冰的「種子」,一旦形成,附近液態水會迅速凍結成7號冰,在液態水中的擴散速度可達每小時1600公里,速度相當快。

7號冰的外形構想。(來源:網絡)

那一塊7號冰真能讓地球海洋全部凍結嗎?

答案是否定的,因為7號冰的形成還需要一個必不可少的條件——壓強。

常溫下形成7號冰,至少需要3Gpa的壓強,這相當於標準大氣條件下地球海平面大氣壓的3萬倍!

地球海洋最深處是馬里亞納海溝的挑戰者深淵,那裡的壓強也才約是海平面大氣壓的1100倍,遠遠不夠。

所以,把7號冰投進地球海洋,無論投到哪,它的晶體結構都會在「低壓」環境中快速崩潰,水分子融入海水,根本不可能讓海洋凍結。

不過,在太陽系其他星球,比如木星的衛星「木衛二」,情況也許不同。

觀測數據顯示,木衛二可能有巨型冰下液態海洋,平均深度至少60公里,最深可達150公里。

科學家推測,其冰下海洋深處也許有足夠壓強形成7號冰,那裡可能存在大量7號冰。

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