水是一種既普通又特殊的物質,它的普通表現在地球上的水資源豐富,海洋麵積佔到總面積的七成以上。它的特殊之處表現為水是孕育地球生命必不可少的物質,而且它在不同溫度、壓力等環境因素下,會表現出不同形態。這一點我們在中學物理課堂上就學過了,常溫下的水是液態的,當環境溫度低於零攝氏度時,水會結冰。當環境溫度高於100攝氏度時,水會變成水蒸氣。
液態水和水蒸氣幾乎沒有什麼可研究的,但是凝結成固體的冰則大有內容。因為之前就有科學家在自然界中發現一些特殊的冰,透過剖析其內部的組成方式來確定冰的性質。我們聽得比較多的應該就是可燃冰,但這種物質的主要成分是甲烷。自然界中還有一種特殊的冰,據說只要一處水域出現一塊這樣的冰,整個水域就會凍結,它就是7號冰。
科學家是如何發現7號冰的?
2018年,國外一位名為奧利弗·特少納的地球科學家率領團隊在自然界中尋找天然鑽石,最後既發現了天然鑽石,也發現了7號冰。而且他們的這兩個發現並非先後發現的,而是同時發現的,因為地質研究人員透過分析該鑽石發現,鑽石中心就存在7號冰。起初他們也不知道鑽石中間的冰晶體是什麼物質,只知道它和天然鑽石不是同一類物質。
後來經過鑑定,確認這種物質是一種新的冰晶體,於是奧利弗團隊將其命名為7號冰。那麼問題來了,為什麼7號冰會出現在鑽石的內部位置呢?對此奧利弗解釋道,鑽石和7號冰都需要在極高的環境壓力下形成,而地下空間正好有這樣的環境條件。不同的是,鑽石的形成對環境溫度要求不高,而7號冰對環境溫度有要求,地下空間的溫度無法滿足7號冰的要求。
因此混合在一起的鑽石先在高壓下形成,然後包裹著7號冰的原材料。等到鑽石形成後,其內部的壓力與外部環境壓力幾乎相同,而且內部環境隔絕了外部的低溫,從而讓7號冰擁有壓力和溫度這兩大條件。研究人員當時表示從未見過這樣的冰晶體,而且透過查閱文獻也沒有發現相關的研究,這說明他們是第一個發現7號冰的團隊。
7號冰是什麼東西?
眾所周知,冰是水的固態形式,它的內部是水分子的有序排列。在這種結構中,一個水分子能與另外四個水分子結合,形成更牢固的結構。科學家透過研究發現,這種結構在不同的環境條件下會有所變化,從而形成新的冰晶體,而7號冰就是其中一種變化形式。那麼7號冰的形成需要怎樣的環境條件呢?
科學家表示,壓力是形成7號冰最大的需求,因為人類首次發現7號冰是在地下空間,經過估算那裡的壓強大約是30億帕。30億帕是什麼概念?一般情況下,海面上的壓強只有10萬帕,即使是地球上最深的海溝——馬裡亞納海溝,其深海區域的壓強也只是超過了1億帕。由此看來無論是海洋中還是陸地上的環境,都無法自然形成7號冰。
實際上,7號冰的外形看起來和普通的冰塊沒什麼區別,而它真正讓人著迷的不是它的形成所需要的苛刻條件,而是它產生的效應。民間有說法稱一塊7號冰就能凍結整個湖面,如果一個海洋裡出現7號冰,這個海洋在短時間內也會被凍結。那麼這種說法靠譜嗎?
7號冰真的可以凍結全球海洋嗎?
對於這個問題,科學家認為只要環境條件符合理想設定,那麼7號冰卻是能發揮迅速的凍結能力,這是因為7號冰的擴散能力很強,這得益於它每小時1600公里的擴散速度。但是在現實世界中,除了地下空間,其他區域都不存在滿足7號冰擴散的環境條件。就算科學家在實驗室裡造出了一塊7號冰,然後把它扔到海洋裡,這塊冰也會迅速融化。
因為海洋環境的壓強不夠,無法提供30億帕的壓強來維持7號冰的形態,因此它也就喪失了快速擴散的能力。由此看來,一塊7號冰能凍結整個海洋的說法並不嚴謹,還需要加上必要的限制條件這種說法才會成立。那麼如果海洋淺層的壓強達到30億帕,7號冰是否能讓一個海洋的冰面完全凍結呢?理論上是有可能的。
可以利用7號冰拯救冰川嗎?
既然7號冰具有如此強大的凍結能力,那麼是否可以用它來挽救冰川日益融化的頹勢呢?首先是人造7號冰是否能成功。前兩年有美國科學家專門研究實驗室制7號冰,發現在高能鐳射脈衝的作用下,能夠在4.9℃的室溫下產生1萬倍大氣壓,並且觀測到了細微7號冰的形成。如果營造的壓強環境再大一些,那麼7號冰則更有可能完全生成。
但即使實驗室能夠造出和自然7號冰性質一樣的7號冰,估計也難以挽救冰川融化的頹勢,因為這根本就是治標不治本的方法。只要地球的氣候變暖問題一日無法得到解決,那麼冰川融化問題就會一直存在。當然,氣候變暖問題也不是人類一日能夠解決的,需要全球大多數國家達成共識,攜手並進,人類才在戰勝氣候問題上有勝利的可能性。
反觀現實情況,當前許多國家都被新冠肺炎困擾著,連恢復經濟發展都有些困難,更別說讓領導人們坐在一起商討應對氣候變暖的對策了。但隨著氣候變暖愈演愈烈,這一幕遲早要出現的。任何一個國家都是地球生態圈的組成部分,沒有一個國家能夠獨善其身。或許還要等到氣候環境惡化到一定程度,全人類才有可能達成共識,那時候會不會太晚了呢?