水的第四種狀態：地下5000米處形成，以1600km/h的速度瞬時擴增

水乃生命之源，通常人們認為水以三種形態存在：水蒸氣，液態水和冰，然而水還有另一種不為常人所知的狀態：冰VII。

今年3月份，地質學家發現地下深處的鑽石晶粒中存在水分子，認為地球內部的水可能比我們所了解的要多得多。這項發現預示，不僅需要重新計算地球所擁有的總水量，還需要改變模擬熱量穿過地殼的方式及預測地震頻率的模型。這項研究這引起了科研人員的關注，最新研究發現冰 VII是一種性質非常怪異的「冰」，可以以時速1610公里的速度瞬時形成並增長…

研究人員通過X射線衍射技術分析了從南部非洲、中國、扎伊爾和獅子山等地收集的鑽石樣品，結果發現鑽石中含有水。雖然鑽石中的水分子被擠壓成固體形式的冰，但它們的存在是距離地球表面4700-5100公里處遠遠深於岩石圈的過渡層的液態水分子（地球一級分層：外球，液態區，內球）。

來自過渡層的水分子在碳原子排列而成的金剛石晶體缺陷內存在，高壓擠壓水分子迫使它們排列成與傳統冰不同的結構。不同的壓力可以將水分子約束排列成一系列不同的結構，稱為冰-VII，這是首次證明自然界中存在冰VII。

實驗表明，在地下高溫和10萬個大氣壓下冰VII可由均相成核或異相成核形成，但其成核機理仍是未解之謎。最近，加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研究人員通過設計的數學模型表明，在一定的壓力閾值下，冰VII以閃電般的速度（1000mph=1610km/h）向外延伸、擴展，這種瞬時轉變過程為均相成核。研究表明，特定的臨界點是均相成核的關鍵。

液態水變成固體冰的方式不同導致冰VII在晶體中具有不同的原子結構，研究人員認為冰 VII首先形成分子簇，然後以納秒級的超高速度在水體中擴散。研究人員表示，「不需要緩慢的潛熱去除過程，界面速度通過界面處快速分子排序來控制。」

冰VII的存在經歷了理論預期、實驗室創造、自然界確認的過程，現在又有了一個適合實驗數據的數學模型。模型研究團隊認為，關於冰 VII如何在分子水平上形成的新解釋可能對記憶存儲、材料合成等方面的研究產生深遠的影響，同時有助於確定外星球上的生命是否存在。

參考文獻：1. Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth』s deep mantle，Science，2018，Vol. 359，Issue 6380，pp. 1136-1139；

2. Nanosecond Freezing of Water at High Pressures: Nucleation and Growth near the Metastability Limit，Phys. Rev. Lett.，2018，121，155701.

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