引言:水是生命之源。人們普遍認(rèn)為水以三種形式存在:蒸汽、液態(tài)水和冰。然而，水還有另一種未知狀態(tài):冰VII。
今年3月，地質(zhì)學(xué)家在地下深處發(fā)現(xiàn)了鉆石顆粒中的水分子，他們相信地球內(nèi)部的水可能比我們所知道的要多得多。這一發(fā)現(xiàn)表明，不僅需要重新計(jì)算地球的總水量，而且還需要改變模擬熱量通過地殼的方式和預(yù)測地震頻率的模型。這項(xiàng)研究引起了研究者的注意。最新的研究發(fā)現(xiàn)，Ice VII是一種非常奇怪的“冰”，它可以以每小時(shí)1610公里的速度瞬間形成和生長。
研究人員通過x射線衍射分析了從南非、中國、扎伊爾和塞拉利昂采集的鉆石樣本，發(fā)現(xiàn)這些鉆石含有水。鉆石中的水分子雖然被擠壓到固態(tài)冰中，但在距離地球表面4700-5100公里遠(yuǎn)的地方，它們以液態(tài)水分子(外球、液區(qū)、內(nèi)球)的形式存在，其深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過巖石圈的過渡層。
從過渡層來的水分子在由碳原子排列的金剛石晶體中存在缺陷，通過高壓擠壓使其形成與傳統(tǒng)冰不同的結(jié)構(gòu)。不同的壓力可以將水分子限制在一系列不同的結(jié)構(gòu)中，稱為冰- vii，這是冰- vii存在于自然界的第一個(gè)證據(jù)。
實(shí)驗(yàn)表明，冰VII可以在高溫10萬大氣壓下均勻成核或非均勻成核，但成核機(jī)理仍然是一個(gè)謎。最近，加利福尼亞勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，表明冰7號在一定的壓力閾值下以閃電般的速度向外延伸(1000英里/小時(shí)= 1610公里/小時(shí))，這個(gè)瞬時(shí)的轉(zhuǎn)變過程變成了均勻的成核。結(jié)果表明，臨界點(diǎn)是均勻成核的關(guān)鍵。
液態(tài)水變成固態(tài)冰的不同方式導(dǎo)致了晶體中冰VII的不同原子結(jié)構(gòu)。研究人員認(rèn)為，冰VII首先形成分子簇，然后以納秒的超高速在水中擴(kuò)散。研究人員說，“不需要一個(gè)緩慢的潛熱去除過程，界面速度由界面上的快速分子測序控制。”
Ice VII的存在經(jīng)歷了理論期待、實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造和自然確認(rèn)的過程，現(xiàn)在有了一個(gè)適合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型。模型團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，對于冰VII在分子水平上如何形成的新解釋，可能會對記憶存儲、材料合成等研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，并有助于確定外星行星上是否存在生命。
引用:1?！躲@石中的冰- vii內(nèi)含物:地球深部地幔中水流體的證據(jù)》，《科學(xué)》，2018年第359卷，第6380期，第1136-1139頁;
2. 高壓下水的納秒凍結(jié):亞穩(wěn)態(tài)極限附近的成核和生長，Phys。啟。， 2018年，121年，155701年。
