將鉆石“捏出”水來，把全部海洋迅速凍結，這是7號冰能夠做到的事情。
這怎么可能呢？
但7號冰的存在本身確實令人匪夷所思，不過它也不會像常規(guī)的冰塊一樣出現(xiàn)在我們生活中。
常見的冰晶體
我們常見的冰塊或者冰晶體都是正六邊形排列的結構，氧原子的被重新組合，冰塊發(fā)生膨脹。
無論是冬天地面上結成的霜，還是天空中飄落的雪，就算是制冰機制造出來的冰塊也與它們沒什么不同。
這類冰在“布里奇曼”命名法中被稱作1號冰（ice-Ih）,h指的是氧原子從液體或氣體轉變?yōu)楣腆w冰時，他所排列出來的六邊形結構。
正常情況下看見的冰分子結構
不過這種方正的結構并不是水分子可以聚集出來的唯一形狀，理論上來講，在適當?shù)膲毫蜏囟?/span>下，水的結晶相可以呈現(xiàn)出17種不同風格。
當然，還有近年來討論熱烈的18號冰。
就常規(guī)的1號冰來講，地球的溫度和壓力變化并不大，所以1號冰也是我們能夠見到的最多的冰晶體。
冰相態(tài)變化的條件參考表
只要適當?shù)亟o冰晶體繼續(xù)施加壓力和溫度，它的相態(tài)便會出現(xiàn)特別奇怪的變化。
7號冰的獨特之處在于，即便壓力急劇增加，它也能保持穩(wěn)定。
7號冰的密度也會比1號冰高1.5倍，不過地球的環(huán)境很明顯不能讓它正常出現(xiàn)。
因為要形成7號冰，需要超過30000個大氣壓，也就是3吉帕斯卡的低溫狀態(tài)。
地球中能夠形成7號冰的可能地方只有地幔，不過這個位置溫度會很高，7號冰無法在這里形成。
地幔中可能出現(xiàn)的冰
從2號冰到18號冰，科學家現(xiàn)在已經(jīng)能在實驗室中用不同的溫度和壓力來產(chǎn)生這種奇特的冰晶體。
從熔化的固體、沸騰的液體，再到升華的固體到過冷液體或過熱液-氣混合物。
極純的過冷水在0℃以下可以保持液態(tài)，直到施加振動或冷凝子摻雜引發(fā)結晶。
18號冰的狀態(tài)
7號冰在很寬的溫度和壓力范圍內是亞穩(wěn)態(tài)的，并能在-153℃以上轉變?yōu)榈兔芏?strong>無定形冰。
無定形冰的分子排列缺乏長程有序，它要么通過液態(tài)水的快速冷卻，讓分子來不及形成晶格產(chǎn)生，要么通過低溫壓縮普通冰形成。
另外，7號冰可以通過沖擊波的快速壓縮在幾納秒內形成，也可以通過在環(huán)境溫度下增加6號冰的壓力來產(chǎn)生。
與大多數(shù)冰相一樣，氫原子的位置是無序的，氧原子在多個位置也是無序的。
7號冰的結構包含氫鍵框架，其表現(xiàn)為兩個互穿但未鍵合的亞晶格。
弱鍵的亞穩(wěn)態(tài)
氫鍵穿過水六聚體的中心，因此不會連接晶格。在所有冰相態(tài)中，7號冰是唯一可以通過簡單冷卻有序化的無序冰相。
此外，7號冰在冰的所有分子相中具有最大的穩(wěn)定場，形成7號冰結構骨架的立方氧亞晶格至少會在128吉帕斯卡的壓力下持續(xù)存在。
對7號冰的研究和理論研究工作表明，它可以在實驗室中合成。
2017年加利福尼亞州斯坦福大學聯(lián)合新墨西哥州洛斯阿拉莫國家實驗室，科學家們成功觀察到在激光壓力的沖擊下，7號冰的形成。
沖擊波實驗的藝術表現(xiàn)
科學家向一小瓶水中發(fā)射強大的X射線激光，然后使用另一個強力激光脈沖來進行高速拍攝。
這樣便能讓科學家看見水中的分子一個個上升到7號冰的冰相中。
盡管以前有過科學家嘗試過制造7號冰，不過并沒有成功捕獲冰凍的過程。
在2017年的這項實驗中，科學家成功捕獲到了7號冰的形成，這種快速凍結所需要的時間只有6納秒。
激光脈沖實驗
科學家通過對7號冰形成過程的衍射峰分析，基于對隨時間變化的衍射峰時間動力學擬合。
該團隊認為，冰凍過程中，水首先結晶成針狀和一堆棒狀結構，然后成核形成固體7號冰。
一般來講，物質都有一定的可壓縮性。
當對物質的固相施加越來越大的壓力時，化學鍵之間的空間會略微減小，它們之間會稍微傾斜。
但水冰的可壓縮性很低，當它受到太大的壓力時，原子不會聚集在一起。
相反，它們會將自己重新排列成其他不同的模式，這取決于壓力和具體環(huán)境。
例如對1號冰施壓，它則會變成具有菱面體結構的2號冰，再繼續(xù)施壓，便會組成其他冰相。
不過與其他冰相階段不同的是，即便壓力繼續(xù)增加，7號冰的相態(tài)仍然很穩(wěn)定。
計算機模擬顯示水分子有序形成7號冰
科學家們認為，在太陽系中可能會有大量的7號冰，它可能出現(xiàn)在土衛(wèi)二和歐羅巴這樣的冰衛(wèi)星內部。
又或者，它會成為土衛(wèi)六海洋的一部分，但肯定不會自然地發(fā)生在地球中。
正如我們前面所說，地幔是唯一有可能存在7號冰的地方，但是那里的溫度太高了，并不能形成7號冰。
不過科學家在新的研究中，從地幔處生成的鉆石找到了新的證據(jù)。
由于鉆石的特殊性質，少量的材料也可以在地球中自然形成。
深處地幔的鉆石埋藏在地殼下方的600多公里處，當它們在形成過程中偶爾會捕捉到周圍化學環(huán)境的一小部分，然后將其封存在內部。
一顆鉆石里面可能含有水分
科學家在2018年對地幔含水流體的研究中，科學家相信地幔中富含水的區(qū)域在全球水支出和產(chǎn)熱元素的流動中發(fā)揮著關鍵作用。
相關研究表明，7號冰可以在天然鉆石的內含物中出現(xiàn)，它可以作為此類富含水區(qū)域的指標。
對地幔深層的橄欖石和巖石礦物的研究表明：
地球不同區(qū)域的化學結合水的平均豐度，以及可能出現(xiàn)的較小層或富含水的巖石熔體位置，幫助科學家了解到在延長的地質事件內，地球水活動的情況。
鉆石中冰-VII 的衍射圖案
而鉆石中存在的7號冰則是最好的證據(jù)表明，它為過渡帶-下地幔邊界周圍存在水性流體提供了證據(jù)。
通過X射線衍射對金剛石中的7號冰包裹體出現(xiàn)次數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，7號冰與其他微米級雜物混合在金剛石中。
在成核過程中，液體或蒸汽中的少量原子或分子會以結晶土固體的特征排列，然后形成一個位置。
隨著晶體的不斷生長，會有更多粒子沉積在該位置，直到完全凍結。
天然鉆石中冰-VII 的出現(xiàn)壓力
7號冰在地幔有兩種不同的形成方式，成核開始于某種表面。
然后向內擴散則是“異質”形成，“均質”表明冰在大部分水樣中形成，這幾乎會瞬間凍結所有水樣。
科學家還證明液態(tài)水和正在形成的冰晶之間的溫度差異，此外還有特定的臨界點或閾值決定了冰核是非均質還是均質。
所以整個過程簡單來講，地幔的溫度和壓力都很高，鉆石會在這里形成。
水泡在被鉆石包裹后，當水逐漸上升到表面時，此時水便暴露在一個較低的溫度下，然而鉆石的穩(wěn)態(tài)仍保持著高壓狀態(tài)。
一顆在鉆石中的7號冰
即便7號冰在高壓狀態(tài)下出現(xiàn)，如果它不高于一個特定的閾值，成核會向內擴散。
一旦超過這個閾值成核擴散到整個樣品時，就會發(fā)生快速相變。
所以，冰的形成和擴散速度會非?？?/strong>，新生的冰晶和周圍的水必須處于不同溫度才能發(fā)生這種快速凍結。
科學家表示，7號冰在地幔中的不尋常生成方式，一開始大約以100個分子的微小簇形式出現(xiàn)，然后以每小時超過1600公里的速度極快生長。
如果7號冰以這種形式出現(xiàn)，便能迅速凍結地球上的全部海洋。不過這種情況很罕見，也不會在地球上出現(xiàn)。
如果是流星或者彗星的轟擊，爆炸產(chǎn)生的沖擊波足以將任何水壓縮到恰到好處的高壓，使其能在足夠深的海域形成7號冰，然后迅速擴散至地表。
科學家目前正在思考7號冰對系外行星的影響，以及它在行星系統(tǒng)中的分布情況，未來它還會進一步為我們揭示行星演化。
