劉慈欣在其短篇小說《夢之?！樊斨?，描寫了一個來自外星的“低溫藝術(shù)家”將地球的海凍結(jié)成一塊塊冰，運送到地球軌道上大搞藝術(shù)的故事，你知道他為什么要這么做嗎？

原來，低溫藝術(shù)家想為地球打造一個環(huán)繞地球一周的“冰環(huán)”。

低溫藝術(shù)家打造“冰環(huán)”的構(gòu)想圖

這種行為使得海洋的水越來越少，而人們還在傻傻地為其“快速制冰”的技術(shù)嘖嘖稱奇。當然，這是科幻小說中的描述，現(xiàn)實中會有這樣高超的“制冰技術(shù)”嗎？理論上來說還真有，而這個能讓海洋冰封凍結(jié)的東西就是咱們今天要說的“7號冰”。

那么，7號冰到底是什么物質(zhì)？一塊7號冰真的能讓地球上的海洋全部凍結(jié)嗎？接下來，就讓我們一起來看看，科幻是否真的能夠照進現(xiàn)實。

7號冰模擬圖

冰的種類有很多

當說到冰的種類有很多時，許多人下意識都會想，冰不都是由水凍結(jié)而成的嗎，還能有這么多花樣。確實，水分子的結(jié)構(gòu)是比較簡單和均勻的，可是它卻常常能表現(xiàn)出不同于其他液體的性質(zhì)。

于是，冰作為水的一種凝聚態(tài)，也被當作了重點研究對象。在人們不斷地探索之中，科學家發(fā)現(xiàn)了許多種冰的結(jié)構(gòu)。這些冰是在不同壓強和溫度下，呈現(xiàn)出了多種的晶相和非晶結(jié)構(gòu)。

冰與水的分子結(jié)構(gòu)

簡單來說，在一般條件下，冰的晶格結(jié)構(gòu)是六方體，這樣的正常冰可以被稱為1號冰。但是伴隨著溫度和壓強的變化，水分子之間的氫鍵會表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)和強度，因此其他“奇奇怪怪”的冰就誕生了。

科學家指出冰相還有氫有序和無序排列的成對的異構(gòu)體。存在很多氧原子晶格相同，但氫原子排列不同的冰相結(jié)構(gòu)，被稱為冰對。

壓強和溫度對水的形態(tài)的影響

截至目前，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了19種冰。值得一提的是，他們是用羅馬數(shù)字給這些冰進行編號的，不過為了方便大家閱讀，我們依舊按照“幾號冰”的方式來介紹。這19種冰當中除了1號冰是咱們生活中隨處可見的，剩下都有自己與眾不同的地方。

這之中，7號冰就憑借著自己的特殊性引起了科學家的注意。那么，7號冰到底有什么特別之處呢？

水在不同的條件下，能結(jié)成不同的“冰”

7號冰到底是什么？

咱們在前文中提到了冰相存在著氫原子有序排列和無序排列的兩種方式，而7號冰的氫原子就是按照無序排列的，從結(jié)構(gòu)來看，它是由兩個相互套構(gòu)的立方晶格組成，而子晶格之間并不存在相互鏈接的氫鍵?？伤奶厥庑圆恢乖谟谒臒o序排列，更重要的是它形成的環(huán)境相對簡單。

7號冰的晶體結(jié)構(gòu)

這種冰的形成甚至不需要溫度達到0攝氏度以下，在溫度為4.9攝氏度的時候就能夠順利“成冰”了。這樣來說的話，想用7號冰將地球的海洋凍結(jié)似乎也不是難事，因為它的形成條件看起來并不難。

不同尺寸納米顆粒的冰成核溫度

然而這只是溫度，上文就提到了科學家發(fā)現(xiàn)多種冰的歷程，不僅改變了溫度還要改變壓強。所以7號冰雖然對溫度沒什么要求，對壓強的要求卻非常高。資料顯示，7號冰如果想自然形成，那么壓強最少要達到30億帕。

這個30億帕確實是可望不可即的，因為咱們海底的壓強充其量也只能達到幾千萬帕。所以，按照現(xiàn)實的正常條件，這種冰是不可能形成的。目前，7號冰大多出現(xiàn)于實驗室之內(nèi)。

7號冰的形成條件很是嚴苛

當然，在2018年的時候，美國一個研究團隊在一顆鉆石當中發(fā)現(xiàn)了7號冰的存在，從展現(xiàn)的基本情況來看，這顆鉆石就像是一個“天然壓力室”，把7號冰牢牢的鎖在了自己的身體里。不過也有網(wǎng)友在看到這一消息之后表示，現(xiàn)在咱們是不是能合理懷疑“鉆石注水”了。

鉆石中的7號冰猜想圖

Klotz等發(fā)現(xiàn)可以在3GPa以上通過冷卻液態(tài)水至室溫，或在95K以下通過對冰 VI 減壓產(chǎn)生高壓相冰VII（7號冰）。Bridgeman首次提出冰VII可以穩(wěn)定存在于常溫以及22kbar(1bar=105 Pa) 的壓強下。

由此可見，咱們甚至能夠簡單粗暴地將7號冰理解為“高壓冰”。只有在各個條件滿足之后，7號冰才會開始“展現(xiàn)威力”，它的結(jié)晶速度相較于其它冰來說簡直就是“神速”。

7號冰的構(gòu)想圖

據(jù)估計，各項條件滿足之后，7號冰的結(jié)晶速度能夠達到1600公里/小時。所以，地球哪天真的像《后天》所演的那樣海洋瞬間凍結(jié)，除了因為大幅度降溫，還可能因為7號冰。既然這樣說的話，一塊7號冰真的能讓地球上的海洋全部凍結(jié)嗎？這種凍結(jié)是持續(xù)的還是只有一瞬間呢？

冰封海面

7號冰能否凍結(jié)海洋

海洋的面積超過了地球總面積的70％，想用一塊“7號冰”就直接將如此巨大的海洋給凍結(jié)，明顯是不現(xiàn)實的。再者，我們前文中提到了7號冰的形成對于環(huán)境的要求是非?？量痰模@也就意味著自然環(huán)境當中這種物質(zhì)根本無法形成。可見，首先連“誕生”都沒機會，就更別說凍結(jié)海洋了。

就算真的誕生了，它也要在幾十億帕和4.9攝氏度的溫度加持之下，才能在海洋中為所欲為，且凍結(jié)的速度應該也是比較持久的，不存在瞬間凍結(jié)的情況。問題是海洋這么大，怎么可能處處都維持著這個恰到好處的壓強和溫度呢？

7號冰構(gòu)想圖

所以，7號冰在理論上的凍結(jié)速度確實非常強，但是真的將一塊7號冰放入海洋，應該依舊面臨著“雙拳難敵四手”的局面，最終也翻不出什么浪花來。就是不知道劉慈欣在《夢之?！樊斨忻鑼懙哪莻€外形低溫藝術(shù)家是否也會運用“7號冰”的制冰技術(shù)，因為根據(jù)描述，他每天的取冰數(shù)量就高達1000塊。

實際上，除了7號冰十分神奇，科學家再接著研究之后，發(fā)現(xiàn)其他種類的冰不僅結(jié)構(gòu)有意思，還能夠幫助人們揭開太陽系某些冰凍行星深處的秘密。

宇宙中的冰行星——天王星

冰凍星球的“冰”不簡單

大家都知道，人類在尋找宜居星球的時候，往往會特別關(guān)注到“液態(tài)水”的存在。所以此前在探訪太陽系內(nèi)的各大行星時，一直都懷揣著找到液態(tài)水的希望，不過最終結(jié)果并不樂觀。

在發(fā)現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)形態(tài)的冰之后，科學家認為距離地球很遠的海王星或者天王星的內(nèi)部可能存在著不同于地球的溫度和壓力。換句話說，這里的壓強也許輕松就能達到幾十億帕，在這種情況下，一種全新的冰誕生了，它被命名為18號冰，這種冰有著獨特的技能就是“可以導電”。所以，18號冰可能就是那些磁場混亂的冰凍星球的內(nèi)核。

天王星與海王星的磁場

可以導電的18號冰實際上是一種超離子態(tài)冰相，在極端高溫和壓力的雙重作用之下，氧離子會被鎖在固態(tài)的立晶當中，氫離子則可以隨意移動。正是這種之子的自由性，使得它的導電性增強。

2018 年，勞倫斯·利佛莫爾國家實驗室的物理學家Millot等找到了超離子冰存在的第一個線索。他們對液態(tài)的水進行壓縮，使得液態(tài)水在幾納秒內(nèi)變成了固態(tài)冰。經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，導電性在短時間內(nèi)比之前增強了數(shù)百倍。

18號冰中的水分子結(jié)構(gòu)圖

所以，大家別認為火熱的星球內(nèi)部只有滾燙的巖漿，還有可能存在著各種形態(tài)各異的“冰”。當然咱們在這里說的冰，已經(jīng)不是咱們認知當中的那種“冰”了，而是從分子的結(jié)構(gòu)和組成來說的。

其實這個宇宙當中，多的是超乎咱們想象的“東西”，就像低溫藝術(shù)者降臨地球后評價地球冰雪造型的那番話一樣。

“冰雪造型只是適合于你們世界的低溫藝術(shù)，冰雪的溫度在你們的世界屬于低溫，在暗物質(zhì)世界就屬于高溫了；而在恒星世界，熔化的巖漿也屬于低溫材料?！?/p>

冰封地球的概念圖