7号冰是什么?一块就能让全球海洋冻结,地球冰封?

甚至有传言说,7号冰可以以非常高的速度让保持在液态的水迅速冻结,甚至是一块7号冰这样的物质,可以让整个地球的海水冻结,导致地球被冰封?

冰这种物质在生活中很常见,它只不过是水另外一种表现形式罢了。我们知道水的相位会随着压力和温度的变化而发生变化。

在地球表面我们经常讨论水相位的变化,只会考虑温度的变化,这是为地球表面的压力十分稳定,在海拔相差不大的情况下,我们就认为水处在一个标准大气压下(1个标准大气压为100kPa)。

这样压力下的水在0摄氏度的时候,是冰水混合物,低于零度就会完全结冰,而高于零度会表现为液态,高于100摄氏度,水将会沸腾到完全气化的状态。

以上的知识,我们在中学时已经就完全掌握了。但我们很少听过7号冰为何物?乍一看,像是什么神秘的“天外来物”。

甚至有传言说,7号冰可以以非常高的速度让保持在液态的水迅速冻结,甚至是一块7号冰这样的物质,可以让整个地球的海水冻结,导致地球被冰封?

以上的描述如果不是什么可怕的“天外来物”,恐怕在地球上的任何物质都无法实现这样的效果,我们要知道地球表面被70.8%的海水覆盖,总水量约为136亿亿吨,全球海洋平均温度约为3.5℃。

看似温度不高,但是海水总量十分客观,这就意味着海洋中仅仅是海水的内能就可以让人类取之不竭用之不尽,如果我们能把海水的内能充分利用起来,未来我们将不会再为能源枯竭而发愁。

总的来说,看似寒冷、深邃的海洋中,蕴含着巨大的内能,那么一块7号冰真有那么神奇?可以像传言中的那样吸走如此巨大的能量吗?

什么是7号冰?它真有如此魔力?

7号冰说白了它就是地球上的物质,不是什么“天外来物”,并且它就是我们常见的水的一种固态形式,只不过结晶度和结晶形式不同而已。不过7号冰的形成跟压强有着非常大的关系。

那么为什么压强也会对水的相位产生影响呢?也就是说,为何足够的压强下会导致水变为固态,压强越高,为什么会导致水在相同的温度下难以被汽化?

我们知道水是有水分子组成的流体,它能任意的改变自己形状,就有很好的流动性,这是因为液态水中的水分子具有很好的自由度,可以在水中来回不断随机运动和震动。而固态物质,由于其分子/原子都牢牢地键合在了一起,并不会随意的发生位移,只能在原地震动。

而水分子的这种随机运动和震动就表现为了水的内能,也就是说,温度越高的水,其分子所具有的平均动能就越高,而那些动能最高的水分子有时就会撞击水面,发生逃逸。这就是为何常温下水蒸发的原因。

当我们不断加热水的时候,水分子所具有的平均动能就会越高,当所有的水分子都达到了可以逃逸的速度时,水分子就会大量的从水中逃逸,这是水就会沸腾,迅速的气化。

当我们我们为水面施加足够的压力时,就会增加水分子逃逸的难度,此时的水分子就需要更高的动能才能逃逸,这就是为什么压力升高的时候,水的沸点会跟着升高的原因。

如果继续施加足够的压力,巨大的压强会将水分子剧烈的压缩,导致水分子在水中活动的自由度降低,这时水分子会和水分子发生键合,停止随机运动,只会在原地震动,这样会就转为称为了固态。

当然压强不变的情况下,我们一直给水降温,也会降低水分子的动能,导致水分子在水中运动的自由度降低,水也会表现为固态。

你看,上图就为水的相位图,清楚的显示了,水在不同温度和压强下的相位变化。而变化的规律就是我上文中描述的那样。

从相位图中可以看出,压强的升高总是趋向于让水变为变为固态,而温度的升高总是趋向于让水回到液态,甚至是气态。

不管是气态、液态、固态,其实就跟水分子能够自由活动有关。越自由的水分子肯定是气态,无法移动的水分子,肯定是固态。

而略显神秘,名字高端的7号冰就是上图中的“VII”区域,我们可以看到,当压力达到2.1Gpa,62Gpa以下的时候,即使温度在0摄氏度往上,更准确的说是278K往上的时候,水依然表现为固态。

但我们也可以看到在温度不断上升的时候,液态水区域最上面的线也会以很多的速度上升,这说明7号冰在巨大的压强下形成,只要温度上升到还不到1000摄氏度左右,7号冰就会融化为液态水。

它也没有那么强的吸热能力,不过这里有个重要的问题是,7号冰在常压状态下,并不能存在,如果你在常温、常压下拿一块7号冰,必须给它施加至少2万倍的标准大气压,它才能是7号冰。

因此,传说的的7号冰能将海水冻结,纯粹是在胡扯。至少它自己都不能稳定的存在,而且给它持续的升温,并不需要很高的温度,就能将其再也液化。

那么自然界中是否存在7号冰呢?

地球表面肯定是不存在这样的冰,温度到是无所谓,主要就是压强不够。如果压强足够、且温度合适,这种状态下的水,可以以非常快的速度结晶为固态,一小时可以达到1600公里的速度。

在目前地球上海洋的最深处压力最多只有1亿pa左右,这与2.1Gpa(21亿pa)相差甚远。但是地球内部有足够的压强,而且液态水也能渗透到足够的深度。

其中在上地幔的下层地球的内部的压力就能达到上万个大气压,如果在往下压力会更好,所以地球内部有足够的压力,但是由于温度太高,也无法在自然状态下形成7号冰。

不过矿物结晶水就为7号冰的存在提供了足够的条件,例如钻石这种矿物也是在高压状态下形成的,当碳原子在结晶的过程中,会将少部分的水分存在砖石的内部。

当这些钻石被开采出来以后,虽然外部压强降低了,但是钻石的内部依然保持着高压的状态,由于温度的降低,钻石内部也就形成了少量的7号冰。

2018年科学家已经在钻石的内部发现了7号冰的踪迹。

总结:

虽然钻石中有7号冰,但是如果我们将钻石的结构破坏,内部压强的瞬间释放,那么7号冰也会在非常短的时间内,在常温下变为液态。

因此,7号冰也并不是什么稀奇的玩意,它只是水在巨大的压强下变现出来的一直晶体结构。这种固态的晶体结构可以承受非常高的温度,但是当温度达到一定的值,7号冰也会在高压下融化。

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