一种全新的冰
水是所有地球生命的根底，是我们赖以保存的重要源泉。
然而，做为一种所有人都熟知的物量，水却拥有浩瀚差别于大大都物量的异常特征。例如，水的更大密度呈现在4℃时；液态水越是被挤压，就越容易被压缩；当液态水冻结成固态的冰时，密度会变小。
关于科学家而言，我们最熟悉不外的水现实上还隐藏着诸多奥妙。在一项新颁发于《科学》杂志上的研究中，来自伦敦大学学院和剑桥大学的研究人员缔造了一种全新的冰，它在密度与分子构造方面，比任何已知的冰都更像液态水。它的呈现，或将为研究水的奥秘性量翻开新的大门。
介于高与低之间
冰能够分为具有整齐有序的分子构造的晶体冰，以及有着杂乱无章的分子构造的无定形冰。关于晶体冰来说，想必各人都不目生。我们在日常生活中常见的通俗冰就是晶体冰，目前已知的晶体冰品种已多达20种。与之比拟，无定形冰要稀有的多，现有的无定形冰次要有两品种型：高密度无定形冰（HDA）和低密度无定形冰（LDA）。
上个世纪30年代，无定形冰初次以低密度的形式被发现，它们是水蒸气在低于-150℃的冰冷外表上冷凝的成果。到了20世纪80年代，高密度无定形冰也被发现，那类无定形冰是在冰冷温度的根底之下，通过对通俗冰施予高压压缩而构成的。
望文生义，高密度无定形冰和低密度无定形冰之间存在庞大的密度差别。不断以来，一种公认的概念是，不存在密度处于那个差别之间的无定形冰。
然而，新研究所发现的那种无定形冰，其密度就刚好介于那个密度差别之间。因而，研究人员将那种新冰定名为“中密度无定形冰”（MDA）。
球磨构成的不测
在新研究中，研究人员在猎奇心的差遣下，用一种被称为球磨机的东西对通俗的晶体冰停止了研磨。球磨是一种多用于研磨或混合质料的手艺，但以前从未应用于冰。
详细来说，他们将通俗冰和不锈钢球放入一个被冷却到-200℃的容器中，然后以致少每秒20次的频次对容器停止鼎力地摇摆，得到了令人不测的成果。
造造中密度无定形冰的部门安装。（图/Christoph Salzmann via phys.org）
通过那种简单的球磨过程，晶体冰并不是只是简单地被研磨成更小块的冰，而是被合成成了一种藐小的白色粉末。为了阐发那些粉末的构造和性量，研究人员对粉末停止了X射线衍射阐发，成果发现，那些粉末有别于其他所有已知的冰，它们的分子密度与液态水附近，但分子没有明显的有序构造，就好像是液态水的固体版本。
那意味着，他们缔造出了一种新形式的无定形冰。
研究人员认为，是不锈钢球对晶体冰产生了剪切力，才使通俗冰酿成中密度无定形冰的。在研究中，他们通过反复地随机剪切结晶冰来模仿球磨过程，胜利地在计算机模仿中复现了中密度无定形冰的构成过程。
计算机模仿显示，当冰与不锈钢球在低温下一路摇摆时，通俗的晶体冰（左）的构造会酿成无序的固体。当冰层在模仿中随机挪动时，水分子（红色和灰色）从头摆列成一种杂乱的无定形冰（右）。（图/University of Cambridge）
中密度无定形冰可能存在于天然界的什么处所？研究小组认为，它们可能存在于外太阳系的一些冰量卫星内部，好比木卫二、土卫二，因为来自气态巨行星木星和土星的潮汐力，可能会对卫星上的通俗冰产生类似的剪切力。
此外，研究小组还发现，傍边密度无定形冰受热并从头结晶时，会释放出大量的热。那意味着它可能会在如木卫三等含有厚达几千米的冰层的卫星上，引发构造运动和“冰震”。
未解的问题
中密度无定形冰的呈现，带来了许多关于液态水性量的关键问题。那是一个意想不到的惊人发现。
然而，因为中密度无定形冰是通过研磨通俗的晶体冰造成的，因而科学家目前尚不克不及定论它与液态水之间的关系，也不清晰它能否能够间接通过对液态水停止冷却而产生。
若是那些问题能得到证明，那么那种新型的无定形冰将能以一种史无前例的体例帮忙科学家摸索水的种种奥秘特征，成为最末解释液态水的奥妙的新起点。
例如，不断以来，基于关于高密度无定形冰和低密度无定形冰之间的密度差别的认知，科学家们认为在低温下，水现实上是以两种液态形式存在的。理论上，在必然的温度下，那两种液体可以以一种漂浮在另一种之上的形式共存。但那一假设只在计算机模仿中实现过，尚未得到尝试验证。而中密度无定形冰的呈现，使研究人员能够对那种设法的有效性提出量疑。
#参考来源：
https://phys.org/news/2023-02-discovery-ice.html
https://www.cam.ac.uk/research/news/new-form-of-ice-is-like-a-snapshot-of-liquid-water
https://www.nature.com/articles/d41586-023-00293-w
https://www.sciencenews.org/article/water-ice-amorphous-physics-chemistry
#图片来源：
封面图&首图：Christoph Salzmann via cam.ac.uk
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来源：原理
编纂：Tammy
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