让地球海洋全部冻结一块7号冰足矣7号冰究竟是什么

将钻石“捏出”水来，把全部海洋迅速冻结，这是7号冰能够做到的事情。

这怎么可能呢？

但7号冰的存在本身确实令人匪夷所思，不过它也不会像常规的冰块一样出现在我们生活中。

常见的冰晶体

我们常见的冰块或者冰晶体都是正六边形排列的结构，氧原子的被重新组合，冰块发生膨胀。

无论是冬天地面上结成的霜，还是天空中飘落的雪，就算是制冰机制造出来的冰块也与它们没什么不同。

这类冰在“布里奇曼”命名法中被称作1号冰（ice-Ih）,h指的是氧原子从液体或气体转变为固体冰时，他所排列出来的六边形结构。

正常情况下看见的冰分子结构

不过这种方正的结构并不是水分子可以聚集出来的唯一形状，理论上来讲，在适当的压力和温度下，水的结晶相可以呈现出17种不同风格。

当然，还有近年来讨论热烈的18号冰。

就常规的1号冰来讲，地球的温度和压力变化并不大，所以1号冰也是我们能够见到的最多的冰晶体。

冰相态变化的条件参考表

只要适当地给冰晶体继续施加压力和温度，它的相态便会出现特别奇怪的变化。

7号冰的独特之处在于，即便压力急剧增加，它也能保持稳定。

7号冰的密度也会比1号冰高1.5倍，不过地球的环境很明显不能让它正常出现。

因为要形成7号冰，需要超过30000个大气压，也就是3吉帕斯卡的低温状态。

地球中能够形成7号冰的可能地方只有地幔，不过这个位置温度会很高，7号冰无法在这里形成。

地幔中可能出现的冰

从2号冰到18号冰，科学家现在已经能在实验室中用不同的温度和压力来产生这种奇特的冰晶体。

从熔化的固体、沸腾的液体，再到升华的固体到过冷液体或过热液-气混合物。

极纯的过冷水在0℃以下可以保持液态，直到施加振动或冷凝子掺杂引发结晶。

18号冰的状态

7号冰在很宽的温度和压力范围内是亚稳态的，并能在-153℃以上转变为低密度无定形冰。

无定形冰的分子排列缺乏长程有序，它要么通过液态水的快速冷却，让分子来不及形成晶格产生，要么通过低温压缩普通冰形成。

另外，7号冰可以通过冲击波的快速压缩在几纳秒内形成，也可以通过在环境温度下增加6号冰的压力来产生。

与大多数冰相一样，氢原子的位置是无序的，氧原子在多个位置也是无序的。

7号冰的结构包含氢键框架，其表现为两个互穿但未键合的亚晶格。

弱键的亚稳态

氢键穿过水六聚体的中心，因此不会连接晶格。在所有冰相态中，7号冰是唯一可以通过简单冷却有序化的无序冰相。

此外，7号冰在冰的所有分子相中具有最大的稳定场，形成7号冰结构骨架的立方氧亚晶格至少会在128吉帕斯卡的压力下持续存在。

对7号冰的研究和理论研究工作表明，它可以在实验室中合成。

2017年加利福尼亚州斯坦福大学联合新墨西哥州洛斯阿拉莫国家实验室，科学家们成功观察到在激光压力的冲击下，7号冰的形成。

冲击波实验的艺术表现

科学家向一小瓶水中发射强大的X射线激光，然后使用另一个强力激光脉冲来进行高速拍摄。

这样便能让科学家看见水中的分子一个个上升到7号冰的冰相中。

尽管以前有过科学家尝试过制造7号冰，不过并没有成功捕获冰冻的过程。

在2017年的这项实验中，科学家成功捕获到了7号冰的形成，这种快速冻结所需要的时间只有6纳秒。

激光脉冲实验

科学家通过对7号冰形成过程的衍射峰分析，基于对随时间变化的衍射峰时间动力学拟合。

该团队认为，冰冻过程中，水首先结晶成针状和一堆棒状结构，然后成核形成固体7号冰。

一般来讲，物质都有一定的可压缩性。

当对物质的固相施加越来越大的压力时，化学键之间的空间会略微减小，它们之间会稍微倾斜。

但水冰的可压缩性很低，当它受到太大的压力时，原子不会聚集在一起。

相反，它们会将自己重新排列成其他不同的模式，这取决于压力和具体环境。

例如对1号冰施压，它则会变成具有菱面体结构的2号冰，再继续施压，便会组成其他冰相。

不过与其他冰相阶段不同的是，即便压力继续增加，7号冰的相态仍然很稳定。

计算机模拟显示水分子有序形成7号冰

科学家们认为，在太阳系中可能会有大量的7号冰，它可能出现在土卫二和欧罗巴这样的冰卫星内部。

又或者，它会成为土卫六海洋的一部分，但肯定不会自然地发生在地球中。

正如我们前面所说，地幔是唯一有可能存在7号冰的地方，但是那里的温度太高了，并不能形成7号冰。

不过科学家在新的研究中，从地幔处生成的钻石找到了新的证据。

由于钻石的特殊性质，少量的材料也可以在地球中自然形成。

深处地幔的钻石埋藏在地壳下方的600多公里处，当它们在形成过程中偶尔会捕捉到周围化学环境的一小部分，然后将其封存在内部。

一颗钻石里面可能含有水分

科学家在2018年对地幔含水流体的研究中，科学家相信地幔中富含水的区域在全球水支出和产热元素的流动中发挥着关键作用。

相关研究表明，7号冰可以在天然钻石的内含物中出现，它可以作为此类富含水区域的指标。

对地幔深层的橄榄石和岩石矿物的研究表明：

地球不同区域的化学结合水的平均丰度，以及可能出现的较小层或富含水的岩石熔体位置，帮助科学家了解到在延长的地质事件内，地球水活动的情况。

钻石中冰-VII 的衍射图案

而钻石中存在的7号冰则是最好的证据表明，它为过渡带-下地幔边界周围存在水性流体提供了证据。

通过X射线衍射对金刚石中的7号冰包裹体出现次数的研究发现，7号冰与其他微米级杂物混合在金刚石中。

在成核过程中，液体或蒸汽中的少量原子或分子会以结晶土固体的特征排列，然后形成一个位置。

随着晶体的不断生长，会有更多粒子沉积在该位置，直到完全冻结。

天然钻石中冰-VII 的出现压力

7号冰在地幔有两种不同的形成方式，成核开始于某种表面。

然后向内扩散则是“异质”形成，“均质”表明冰在大部分水样中形成，这几乎会瞬间冻结所有水样。

科学家还证明液态水和正在形成的冰晶之间的温度差异，此外还有特定的临界点或阈值决定了冰核是非均质还是均质。

所以整个过程简单来讲，地幔的温度和压力都很高，钻石会在这里形成。

水泡在被钻石包裹后，当水逐渐上升到表面时，此时水便暴露在一个较低的温度下，然而钻石的稳态仍保持着高压状态。

一颗在钻石中的7号冰

即便7号冰在高压状态下出现，如果它不高于一个特定的阈值，成核会向内扩散。

一旦超过这个阈值成核扩散到整个样品时，就会发生快速相变。

所以，冰的形成和扩散速度会非常快，新生的冰晶和周围的水必须处于不同温度才能发生这种快速冻结。

科学家表示，7号冰在地幔中的不寻常生成方式，一开始大约以100个分子的微小簇形式出现，然后以每小时超过1600公里的速度极快生长。

如果7号冰以这种形式出现，便能迅速冻结地球上的全部海洋。不过这种情况很罕见，也不会在地球上出现。

如果是流星或者彗星的轰击，爆炸产生的冲击波足以将任何水压缩到恰到好处的高压，使其能在足够深的海域形成7号冰，然后迅速扩散至地表。

科学家目前正在思考7号冰对系外行星的影响，以及它在行星系统中的分布情况，未来它还会进一步为我们揭示行星演化。

一块就能让全球海洋冻结，冰封地球的七号冰究竟是什么？

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。

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。

能让地球上的海洋全部冻结的7号冰，究竟是什么？

他是属于一块极高的压强。 说到冰，我相信每个人都会认为这是他们熟悉的东西。毕竟，地球上的人们知道零度以下的水会结冰。但实际情况并非如此。事实上，冰有很多种，我们通常看到的冰只是其中一种，即冰Ih。到目前为止，总共发现了 18 种冰，其中 7 号冰似乎是最著名的。

因为有句谚语说，如果一块 7 号冰出现在海洋中，整个海洋就会冻结。根据这一说法，即使在常温下，冰 7 也能在海洋中扩散，扩散非常快，达到每小时 1600 公里。因此，在很短的时间内，地球将被冻结。那么这种说法可靠吗，让我们先看看冰 7 是什么物质。从物理的角度来看，冰是水的固体形式，它是水分子在一定条件下有序排列形成的结晶。

在晶体中，每个水分子可以与其他四个水分子结合。关于这种组合模式，我们可以简单地理解，水分离器中的两个氢分别与另一个水分子结合，而单个氧与另外两个水分子结合。水分子的这种组合可以使水在不同条件下形成各种形式的晶体，而所谓的 7 号冰实际上是晶体形式之一。应该注意的是水的结晶速度。

7号冰确实相当快，所以每小时 1600 公里的说法并不夸张，那么一块冰7号真的能冻结地球上的所有海洋吗？通过以上介绍，我们知道在常温下形成 7 号冰需要一个重要条件极高的压力。正常情况下，海洋表面的压力只有 100，000万帕左右。即使在已知最深的海底马里亚纳海沟，压力也只有 10000万PA以上。所以他无论怎么样被扔进了海洋，7号他会很快消失，不可能冻结地球上的所有海洋。