7號冰是什麼玩意?一塊7號冰真能讓全球海洋凍結,冰封地球嗎?

冰這種物質在生活中很常見，它只不過是水另外一種表現形式罷了。我們知道水的相位會隨著壓力和溫度的變化而發生變化。

在地球表面我們經常討論水相位的變化，只會考慮溫度的變化，這是為地球表面的壓力十分穩定，在海拔相差不大的情況下，我們就認為水處在一個標準大氣壓下（1個標準大氣壓為100kPa）。

這樣壓力下的水在0攝氏度的時候，是冰水混合物，低於零度就會完全結冰，而高於零度會表現為液態，高於100攝氏度，水將會沸騰到完全氣化的狀態。

以上的知識，我們在中學時已經就完全掌握了。但我們很少聽過7號冰為何物？乍一看，像是什麼神秘的「天外來物」。

甚至有傳言說，7號冰可以以非常高的速度讓保持在液態的水迅速凍結，甚至是一塊7號冰這樣的物質，可以讓整個地球的海水凍結，導致地球被冰封？

以上的描述如果不是什麼可怕的「天外來物」，恐怕在地球上的任何物質都無法實現這樣的效果，我們要知道地球表面被70.8%的海水覆蓋，總水量約為136億億噸，全球海洋平均溫度約為3.5℃。

看似溫度不高，但是海水總量十分客觀，這就意味著海洋中僅僅是海水的內能就可以讓人類取之不竭用之不盡，如果我們能把海水的內能充分利用起來，未來我們將不會再為能源枯竭而發愁。

總的來說，看似寒冷、深邃的海洋中，蘊含著巨大的內能，那麼一塊7號冰真有那麼神奇？可以像傳言中的那樣吸走如此巨大的能量嗎？

什麼是7號冰？它真有如此魔力？

7號冰說白了它就是地球上的物質，不是什麼「天外來物」，並且它就是我們常見的水的一種固態形式，只不過結晶度和結晶形式不同而已。不過7號冰的形成跟壓強有著非常大的關係。

那麼為什麼壓強也會對水的相位產生影響呢？也就是說，為何足夠的壓強下會導致水變為固態，壓強越高，為什麼會導致水在相同的溫度下難以被汽化？

我們知道水是有水分子組成的流體，它能任意的改變自己形狀，就有很好的流動性，這是因為液態水中的水分子具有很好的自由度，可以在水中來回不斷隨機運動和震動。而固態物質，由於其分子/原子都牢牢地鍵合在了一起，並不會隨意的發生位移，只能在原地震動。

而水分子的這種隨機運動和震動就表現為了水的內能，也就是說，溫度越高的水，其分子所具有的平均動能就越高，而那些動能最高的水分子有時就會撞擊水面，發生逃逸。這就是為何常溫下水蒸發的原因。

當我們不斷加熱水的時候，水分子所具有的平均動能就會越高，當所有的水分子都達到了可以逃逸的速度時，水分子就會大量的從水中逃逸，這是水就會沸騰，迅速的氣化。

當我們為水面施加足夠的壓力時，就會增加水分子逃逸的難度，此時的水分子就需要更高的動能才能逃逸，這就是為什麼壓力升高的時候，水的沸點會跟著升高的原因。

如果繼續施加足夠的壓力，巨大的壓強會將水分子劇烈的壓縮，導致水分子在水中活動的自由度降低，這時水分子會和水分子發生鍵合，停止隨機運動，只會在原地震動，這樣會就轉為了固態。

當然壓強不變的情況下，我們一直給水降溫，也會降低水分子的動能，導致水分子在水中運動的自由度降低，水也會表現為固態。

你看，上圖就為水的相位圖，清楚的顯示了，水在不同溫度和壓強下的相位變化。而變化的規律就是我上文中描述的那樣。

從相位圖中可以看出，壓強的升高總是趨向於讓水變為變為固態，而溫度的升高總是趨向於讓水回到液態，甚至是氣態。

不管是氣態、液態、固態，其實就跟水分子能夠自由活動有關。越自由的水分子肯定是氣態，無法移動的水分子，肯定是固態。

而略顯神秘，名字高端的7號冰就是上圖中的「VII」區域，我們可以看到，當壓力達到2.1Gpa，62Gpa以下的時候，即使溫度在0攝氏度往上，更準確的說是278K往上的時候，水依然表現為固態。

但我們也可以看到在溫度不斷上升的時候，液態水區域最上面的線也會以很多的速度上升，這說明7號冰在巨大的壓強下形成，只要溫度上升到還不到1000攝氏度左右，7號冰就會融化為液態水。

它也沒有那麼強的吸熱能力，不過這裡有個重要的問題是，7號冰在常壓狀態下，並不能存在，如果你在常溫、常壓下拿一塊7號冰，必須給它施加至少2萬倍的標準大氣壓，它才能是7號冰。

因此，傳說的7號冰能將海水凍結，純粹是在胡扯。至少它自己都不能穩定的存在，而且給它持續的升溫，並不需要很高的溫度，就能將其再也液化。

那麼自然界中是否存在7號冰呢？

地球表面肯定是不存在這樣的冰，溫度到是無所謂，主要就是壓強不夠。如果壓強足夠、且溫度合適，這種狀態下的水，可以以非常快的速度結晶為固態，一小時可以達到1600公裡的速度。

在目前地球上海洋的最深處壓力最多只有1億pa左右，這與2.1Gpa（21億pa）相差甚遠。但是地球內部有足夠的壓強，而且液態水也能滲透到足夠的深度。

其中在上地幔的下層地球的內部的壓力就能達到上萬個大氣壓，如果在往下壓力會更好，所以地球內部有足夠的壓力，但是由於溫度太高，也無法在自然狀態下形成7號冰。

不過礦物結晶水就為7號冰的存在提供了足夠的條件，例如鑽石這種礦物也是在高壓狀態下形成的，當碳原子在結晶的過程中，會將少部分的水分存在磚石的內部。

當這些鑽石被開採出來以後，雖然外部壓強降低了，但是鑽石的內部依然保持著高壓的狀態，由於溫度的降低，鑽石內部也就形成了少量的7號冰。

2018年科學家已經在鑽石的內部發現了7號冰的蹤跡。

總結：

雖然鑽石中有7號冰，但是如果我們將鑽石的結構破壞，內部壓強的瞬間釋放，那麼7號冰也會在非常短的時間內，在常溫下變為液態。

因此，7號冰也並不是什麼稀奇的玩意，它只是水在巨大的壓強下變現出來的一直晶體結構。這種固態的晶體結構可以承受非常高的溫度，但是當溫度達到一定的值，7號冰也會在高壓下融化。