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科学家首次在地底钻石上发现了天然冰七

2018年3月10日11:19 环球解密

    科学家们在地壳深处生成的钻石里发现了天然水冰,这一发现刊登在周四(8日)的科学期刊《Science》上,代表人类首次在地球上探测到了天然的“冰七”(Ice-VII)。

    内华达大学的地球学教授萧纳尔(Oliver Tschauner)领导的研究小队意外地发现了冰七的存在。

    冰七是水冰(Water ice)的一种,其密度是普通冰(称为冰一)的1.5倍,其晶体结构完全不同。冰一的氧原子排列呈六角形,而冰七中的氧原子排列是立方形。

    萧纳尔解释说,通常给固态物质加上极大压力后,其原子的间距就会缩短,之间的化学键会向彼此倾斜,这叫可压缩性。但是水冰却很不寻常,其可压缩性非常低。当给水冰加上很大的压力时,其原子不会相互靠近,相反,它们会重组成不同的晶体结构。

    比如,向冰一加足够的压力,它就会转成菱形结构的冰二,再增加压力就变成冰三直至冰七。而冰七与其它形式的水冰不同,即使压力增加,其结构依然会保持稳定。

    科学家们相信太阳系中可能有大量的冰七,或许就在木卫二和土卫二上,或者存在于土卫六的海洋底下。但人们从不认为地球上有天然存在的冰七。因此,这次的发现意义非凡。

    不过,萧纳尔说,他和他的团队研究钻石本来不是要去找冰七的,而是去找非常态的二氧化碳的。但当他们用高密度的X射线扫描钻石时,他们却意外发现了天然冰七。这让整个团队异常兴奋。

    水冰的概念最早是著名物理学家布里奇曼教授(Percy Bridgman)在1930年代提出的一种假设。他认为,在极其高温和高压的条件下,水分子中的氢原子和氧原子的连接方式会发生变化,其中氧原子会形成晶体状态,而氢原子则呈现液体状,即所谓的水冰。而这种半晶体半液体的结构使得水冰可以像金属一样成为导电体。

    而他的设想被劳伦斯利弗莫尔国家实验室科学家们证实了。

    科学家们用金刚石衬垫为液态水施加了2.5万倍的大气压,结果形成了冰七,然后又以高达摄氏数千度的雷射光线照射冰七,借此让冰块受压提升到大气压力的 190万倍、温度高达5,000摄氏度的极端状态,从而得到了可以导电的“超离子水冰”。

    科学家认为,超离子水冰的发现能促进新材料的开发。

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