每到酷暑夏日,冷冰冰的冒著冷氣的冰棍和冷飲,就成為人們續命的不二良方。古代時期,古人就會在冬天收集冰塊,將之放在地窖之中,等待夏日時拿出,用以消暑、解熱。可見,冰塊對人類的重大意義。
Tips:冰塊一般是指液體水被冰凍后制成的固體水。通常用來降溫或制作冰飲。根據需要,還可將水倒入模具中,從而制作出有特定形狀的冰塊,如棒冰等。
不過冰可不止有冰塊這一形式,冰一共有19種不同的形式,常見的有六邊形的雪花,亮晶晶的潔白似象牙的冰錐,一層層的白霜,樹上凝結的霧凇等等千奇百怪的冰。然而,這些還不是最奇怪的東西。19種種最特殊的冰,還要數七號冰(冰七),七號冰不僅形態特殊,而且據說威力巨大,僅一塊冰就能將整個地球冰封,夢回冰河世紀,堪稱是滅世級武器。那么七號冰,到底有什么特殊之處,能有這么大的威力呢?七號冰真的冰封海洋嗎?
冰的形態
“冰,水為之而寒于水”,一句話道出了冰與水之間的關系,冰就是被凍結成固態的水。冰的顏色是透明的潔白無瑕,不過在一些冰塊中存在白色的像云團一樣的物質,這是水中的空氣氣泡被凍結后形成的。此外,還有一種藍白色的冰,這種冰多見于冰山或者海冰。那么冰是如何形成的?冰在地球上有多少?
Tips:目前世界上最大的冰山是C19A,它位于法國南極基地附近,面積幾乎與亞洲國家文萊相等(約16平方公里)。
小時候大家都玩過冰,有的還啃過冰錐,嚼起來嘎吱響,但很少有人知道冰是如何產生的。其實冰就是在0度之下的低溫中凝結而成,并且隨著溫度和壓強變化,冰的形態也隨之改變。其中,最常見的冰形態就是六角形晶體結構,古人謂之“六出”,也就是雪(冰的一種),幾乎所有在大氣層中的冰都是以六角形結構存在。而地表形成的冰就是我們常見的立方體冰,也就是水在一個標準大氣壓下冷卻到低于零度時,生成的六角型冰。液態水變成冰的過程叫凝固,氣態水變成冰的過程叫凝華。
Tips:冰錐是由于天氣寒冷,地下水或河水流出封凍地表而形成的錐狀冰體。其中俄羅斯貝爾加湖冰洞美景壯觀冰錐如萬箭齊發。
結冰是一種自然現象。太陽系中冰的含量十分豐富,冥王星、海王星都是遠近聞名的“冰巨星”,甚至遠至太陽系邊緣的奧爾特星云都有冰的存在。不過,在太陽系外冰就不叫冰了,而是叫“星際冰(interstellar ice)”,意思是星球之間的冰。地球上的冰,主要儲存在南北兩極的冰蓋中,對地球的水循環和氣候起著關鍵作用。比如說,氣溫上升,冰川融化,導致海平面上升,淹沒沿海地區和低緯度國家,同時影響洋流的運動方向,從而使氣候極端化。
Tips:奧爾特云Oort Cloud,是一個假設包圍著太陽系的球體云團,布滿著不少不活躍的彗星,最大半徑差不多為1光年,即太陽與比鄰星距離的四分之一。
冰在地球上有許多不同的表現形式,包括霧凇、冰錐、冰雹、霜等。在我國東北等地,大塊兒的冰還被制成冰雕、冰燈、冰橋等等形式,引來萬人矚目、人潮洶涌。不過都是冰的基本操作,冰最神奇的地方,還要數它的可塑性。都知道冰在不同條件下,能形成不同類型的冰,但誰知道這里頭還能出現可以當做“滅世級”的武器呢。這個所謂的“武器”就是七號冰。
神秘的七號冰
七號冰,顧名思義是冰的第七種形態,那么它是如何形成的呢?
Tips:冰雹Hail,也叫“雹”,俗稱雹子,“霸子”,有的地區叫“冷子”(如甘肅等地),是一種天氣現象,夏季或春夏之交最為常見。
冰在不同的壓強和溫度之下,所呈現的形狀和分子排布也各有千秋。七號冰的形成要求應當是冰中比較困難的,也是比較奇特的。首先是它的形成溫度,一般要形成冰都是在零下多少度,而七號冰特殊之處就在此,它必須在4.8度的常溫條件下才能形成,請注意是常溫哦!第二,壓強。要形成7號冰,壓強必須達到30億帕的大氣壓,而一個標準大氣壓是101325帕,30億帕就是3萬個標準大氣壓。
Tips:大氣壓一般指氣壓。氣壓atmospheric pressure,是作用在單位面積上的大氣壓力,即在數值上等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱所受到的重力。
第一個條件就已經勸退了不少人,第二個條件就更苛刻,要知道就是目前人類所探知的最深處馬里亞納海溝的壓強也只有一億帕,30億帕的壓強恐怕只有在地心之中才能形成。但是人類只挖到地下一萬多米,就在高溫和高壓中折戟了,連地殼的三分之一都沒到,因此想要制備七號冰是不可能的事。
Tips:地殼Earth Crust,是指由巖石組成的固體外殼,地球固體圈層的最外層,巖石圈的重要組成部分,通過地震波的研究判斷,地殼與地幔的界面為莫霍洛維奇不連續面(莫霍面)。
但是,近期美國內華達大學Oliver Tschauner教授的團隊在研究天然鉆石時意外發現了鉆石內部存在結晶水,最后證實結晶水就是冰7。為什么會在天然鉆石內部發現冰淇淋呢?這就要說到天然鉆石的形成條件。鉆石是由碳元素組成的無色晶體,是目前自然界硬度最高的天然物質。鉆石,形成與地球深處的高溫高壓中,在多年的地殼運動之逐漸上升到地殼上部或者地表。
Tips:化學結晶水存在于晶體中,也被稱為水合水。結晶水是結合在化合物中的水分子,它們并不是液態水。很多晶體含有結晶水,但并不是所有的晶體都含有結晶水。
在地底時,鉆石在形成過程中機緣巧合之下將水包裹進內部,之后隨著地殼運動上升。鉆石在形成過程中,即使外部的溫度和壓強迅速變化,其內部的高壓是不會改變的,會持續很長的時間,但是溫度隨著時間會變化。因此,當溫度降到常溫,加上內部的高壓,水就順理成章地變成了冰七。所以,當Oliver教師用X射線照射鉆石時,才會發現鉆石內部的冰七。這是里程碑式的發現,證實冰七之一形態的真實性。
Tips:金剛石diamond,俗稱“金剛鉆”,它是一種由碳元素組成的礦物,是石墨的同素異形體,化學式為C,也是常見的鉆石的原身。
既然,冰七的形成條件那么苛刻,就預示著冰七的威力不一般,而事實正是如此。科學家猜測,如果將一塊冰七投入海洋,它將會以1600公里/小時的速度快速凍結海洋,地球將會變成一顆冰球。不過,冰七真的能讓地球凍結嗎?
七號冰真的能讓地球凍結嗎?
首先,冰七的威力的確能讓地球凍結,但是這只是理論上的,真實情況下根本不可能。為什么呢?第一,冰七的制備。冰七的制備必須滿足常溫和30億帕的高壓,以目前的科技水平根本達不到,因此別說是一小塊的冰,就是冰的影子都摸不到。
Tips:海洋sea,是地球上最廣闊的水體的總稱。地球表面被各大陸地分隔為彼此相通的廣大水域稱為海洋,海洋的中心部分稱作洋,邊緣部分稱作海,彼此溝通組成統一的水體。
第二,即使在鉆石中發現了冰淇淋,也不代表這是一種常態化的反應。因為,鉆石在形成過程中,不是每一個都會把水裝進內部,類似的事件有很大的運氣成分。
Tips:冰淇淋是以飲用水、牛乳、奶粉、奶油(或植物油脂)、食糖等為主要原料,加入適量食品添加劑,經混合、滅菌、均質、老化、凝凍、硬化等工藝制成的體積膨脹的冷凍食品。
即使,我們在鉆石內部發現了冰七也很難直接利用,因為鉆石不僅是世界上最硬的物質,也是一種脆弱的物質。要將冰七取出,只能采取重壓的形式,但是這就容易破壞內部結構,從而導致冰七受損。因此,鉆石中的冰七只能供研究用,所以冰七凍結地球的“偉大目標”是不可能實現的。