我们熟悉的冰竟有19种！

　　天王星和海王星的地幔也许正是由冰XV构成的，这是它们拥有奇特磁场的原因。
　　冰是我们非常熟悉的东西，水在温度降到0以下时就会冻结成冰。但是你真的熟悉冰吗？你知道，到目前为止，科学家已发现了19种冰吗？
　　冰的同胞兄弟
　　你没有看错，现在地球上的冰确实可分为19种，就在2021年2月，奥地利因斯布鲁克大学的物理化学家托马斯洛尔汀称及其团队制出了地球上第19种冰冰XIX。你一定很奇怪，平时我们见到的冰，不都是一块块透明无色的固体吗？它们是如何分成19种的？
　　在地球表面上，大气压力为1。010帕（一个标准大气压），在这种压力条件下，水在0时会发生冻结。但我们知道，随着压力的升高，物体的沸点会升高，同样地，物体的冰点也会升高，而物体内部的原子排序也会发生变化，从而影响物体的理化性质，这时我们就可以认为，产生了一种新的物质。
　　冰I是地球上随处可见的那种冰，氧原子呈六边形排列，其中的氢原子在不同的空间方向上随机取向，原子间没有确定的排序，因此冰I在压力变化时可以发生变形，这就是冰川流动的原因。但在其他压力和温度条件下冻结的冰，氧原子的排列方式会发生变化，有的会呈四方形，有的呈现笼子形，等等。这样一来，氢原子和氧原子的间距会发生变化，间距变窄时，就会迫使氧原子间的氢原子也形成固定的排序，这种有序的冰非常脆，在压力变化时会碎裂而不是变形。此外，由于原子间距的变化，原子间的作用力也会发生改变，这些原子就不再像冰I中的氢氧原子那么冷漠，它们可能会与其他物体原子发生互动，从而产生意想不到的作用。
　　1900年，德国的物理化学家古斯塔夫塔曼就提出了在不同的压力和温度下冻结水，能制造出不同的冰的观点，并用200兆帕的高压和7080的温度制出了世界上第二种冰氧原子呈立方体排列的冰。后人通过进一步调整温度和压力，创造出了冰、冰直到冰XV。
　　物理学家创建出冰XV的时候，发现了它与冰存在与其他冰兄弟不一样的关系：它们是更亲近的孪生兄弟。冰XV和冰的密度非常相似，因为它们共享相同的氧原子结构网络，只是其中的氢原子排布顺序不相同。这意味着，只需要改变压力和温度条件，这两种冰的形态可以相互转换。这种规律被洛尔汀称的团队用来制造出冰XIX：通过将冰XV冷却至170，并将压力大幅提高至2千兆帕。反过来，在常压下加热冰XIX，就可以得到冰XV和冰。这是制造冰兄弟的另一种方法，显然这种方法有利于更高效地发现或创造新型冰。
　　冰兄弟广泛存在于外星球
　　了解了冰兄弟的种类，你一定有这样的疑惑，虽然冰有许多类型，但是在地球表面，正常情况下只能存在一种冰，其他冰造出来很快就化了，并没有什么实际作用，科学家们为什么要花费这么大的力气制造这些冰呢？
　　虽然，地球表面只存在一种天然冰，但是在地球深处和宇宙中其他星球上，可能广泛存在着其他类型的冰。地球深处的冰能与其他物质结合成新的状态，了解这些状态，有利于解决一些长久未决的难题。外星球中冰的存在，既解释了一些此前未知的星球谜团，也证明了外星球中可能存在水，而水是生命起源必不可少的物质。这正是了解冰的类型的意义所在。
　　1986年1月24日，美国的星际探测器旅行者2号抵达天王星附近，对天王星的一些基本情况进行了探测。在旅行者2号传回的数据中，研究人员发现了一个让人迷惑的现象。太阳系中存在一些像地球一样拥有磁场的行星，这些磁场与地磁场类似，拥有明确的南极和北极，而根据旅行者2号传回来的数据，天王星的磁场极为复杂，并非仅有南北两极，它拥有多个磁极，而且磁力线流动方向与其自转方向也不一致。天王星并不是特例，同样的现象也出现在了海王星身上。
　　地磁场之所以有明确的两极，是因为地核中的液态铁呈现规律性的流动，产生了方向固定的电流，因此地磁场的方向也基本保持稳定。天王星和海王星的磁场方向如此混乱，只能以地核中并不存在规律运转的发电机，其电场和电流存在于外壳的各个角落，因此产生的磁力线方向各异来解释了。为了支撑这种解释，1988年，科学家预测了在天王星和海王星的内部，由于极端压力和极端温度的存在，水会冻结成一种新型冰冰XV，这是一种可以导电的冰，因此才产生了多种方向的电场和磁场。
　　直到2019年5月，这个猜想才得到了证实：美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们成功在高能激光和X射线的帮助下制造出了冰XV。在实验室的桌面上，放置着两颗相对的钻石，钻石之间夹着一层薄薄的水。当科学家按下激光器的按钮，6束巨大的激光产生了一系列强度逐渐增加的冲击波，瞬间给予这层薄薄的液态水相当于400万倍大气压的压力并将其加热到最高2760的高温，一种新的氧立方体的冰形成了，这就是冰XV。
　　虽然冰XV很快就融化了，但X射线在瞬间扫描了冰XV，记录下了它的原子结构。根据X射线得到的数据，在冰XV中，氧原子会被禁锢成立方晶格，原子之间距离很近，因此有些氢原子可以在相邻水分子之间移动，由于速度很快，仿佛在流动一般。在流动的过程中，电子没能追上质子的步伐，被遗弃在原地，最终参与流动的实际上是带正电的质子，这样，冰XV中就产生了电流，这也是冰XV能够导电的原因。在天王星和海王星的内部，也许正是由冰XV构成的地幔，由于冰XV具有奇特的导电能力，从而促使这两颗星球产生了不同的磁场。
　　地壳深处的冰兄弟
　　不仅是外星球，地球深处也存在着一些不同的冰兄弟，它们构成了束缚某些物质的笼子。2014年，德国哥廷根大学的科学家在氖气水合物中找到了天然存在的冰XVI。气体水合物是一种笼形晶体状的冰，外来气体分子被水分子氢键所结成的晶体网络坚实地围在其中。研究人员将氖气水合物中的氖气抽出，仅剩由水分子形成的晶体结构，这就是冰XVI，它是冰结晶形式中密度最小的一种，因此能束缚住质量很小的氖气。
　　除了氖气水合物，在地壳深处还存在着其他类型的气体水合物，比如在永冻土层和海床中大量存在的甲烷水合物（即可燃冰）。一些科学家设想，如果能将可燃冰中的甲烷释放出来用作能源，同时将二氧化碳固定在气体水合物中，则既可获取能源又能减少大气中的温室气体。寻找到能实现这一重任的冰兄弟，也许能实现这一设想。
　　此外，在石油、天然气运输过程中，特殊的压力和温度环境易使一些气体和水形成气体水合物，从而堵塞管道。研究人员认为，对气体水合物的进一步了解也有助解决这一问题。
　　19种个性大不相同的冰兄弟也许遍布宇宙的各个角落，发挥着各不相同的作用。未来，冰块还会给我们什么惊喜呢？
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