小滿(mǎn)后，綠色冉冉，夏意日濃。面對(duì)空氣中彌漫的熱意，最暢快的莫過(guò)于喝上一杯溢滿(mǎn)冰塊的冰飲。隔著透明玻璃杯聽(tīng)著冰塊撞來(lái)撞去的聲音，驕陽(yáng)下堆疊的夏憂(yōu)，仿佛一瞬間被冰的粉碎。冰，賦予了夏日特殊美好的物質(zhì)，它的身上還有很多謎團(tuán)沒(méi)有揭開(kāi)。今天，就來(lái)聊一聊冰。先來(lái)段解壓視頻，看看顯微鏡下冰融化成水的奇妙旅程。

冰，融化的形狀

冰融化成水的過(guò)程很難預(yù)測(cè)，尤其是當(dāng)冰周?chē)€存在水流的時(shí)候，比如冰山在海流中融化的過(guò)程就很捕捉。

很多科學(xué)家對(duì)此展開(kāi)了研究，去年，一個(gè)由數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)終于發(fā)現(xiàn)冰的形狀是如何受到了周?chē)疁氐纫蛩赜绊懙?。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出了不存在氣泡和任何雜質(zhì)的超純凈冰，并且記錄了浸入水箱的冰在冷室中的融化情況。

他們發(fā)現(xiàn)，在自然水域中，冰通常在0到10℃的溫度條件下就會(huì)融化。在約5℃的溫度條件下，冰會(huì)呈現(xiàn)出朝下的尖端形狀，類(lèi)似于冰柱，但冰的表面是光滑的，沒(méi)有起伏。在高于約7℃的溫度條件下，冰會(huì)形成類(lèi)似的基本形狀，但上下顛倒，尖端向上。對(duì)于介于兩者之間的溫度，冰的表面融化出了波浪和波紋狀的圖案，這種圖案被稱(chēng)為流痕，在自然的冰山和其他冰面上都能找到它們。

之所以冰在融化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同的形狀，是因?yàn)樗鞯淖兓鞯淖兓瘎t取決于溫度。那溫度究竟是如何塑造冰融化的形狀呢？

我們都知道液體的密度會(huì)隨著溫度的下降而上升。但液體水有一個(gè)獨(dú)特之處，就是它的密度在大約4℃時(shí)會(huì)達(dá)到最大值，隨后密度出現(xiàn)下降，直到液態(tài)水變成固態(tài)冰。因此，液態(tài)水的密度比冰大。

正是液態(tài)水的這種獨(dú)特的屬性，產(chǎn)生了與眾不同的水流行為。當(dāng)溫度不斷下降時(shí)，密度大的冷水會(huì)下沉，當(dāng)溫度到達(dá)4℃之下，密度的降低反而會(huì)讓水流重新上升，上升的過(guò)程就可能會(huì)導(dǎo)致冷水在逆向?qū)α髦猩嫌俊?/p>

同時(shí)，冰融化這個(gè)過(guò)程釋放的能量導(dǎo)致周?chē)乃疁爻霈F(xiàn)梯度，這就讓不同位置的液體有了不一樣的密度，從而引發(fā)水的流動(dòng)，從而制造出了冰融化過(guò)程中形狀的變化。

在低溫條件下，朝下的尖端與水流向上的流動(dòng)有關(guān)，而朝上的尖端則意味著水向下流動(dòng)。流痕的形成是由非常靠近表面的上升水流與更遠(yuǎn)處的下降水流的相互作用而形成的，這種流動(dòng)破壞了穩(wěn)定，但水的黏度又會(huì)抑制這種不穩(wěn)定性。最終的結(jié)果便是產(chǎn)生一種小漩渦似的循環(huán)流，這種循環(huán)流在冰上雕刻出了凹痕就是流痕。

冰，融化的速度

溫度與冰融化的形狀有關(guān)，也是影響冰融化速度的重要因素。但是，你是否好奇過(guò)這樣一個(gè)現(xiàn)象，在炎熱的午后，你和小伙伴一起買(mǎi)了大杯的多冰飲品，只不過(guò)你買(mǎi)的奶茶，ta買(mǎi)的是拿鐵，你們同時(shí)喝完，但是為什么最后兩個(gè)杯子剩下的冰數(shù)量不一樣呢？

這其實(shí)與熱量的傳導(dǎo)有關(guān)。熱傳導(dǎo)本質(zhì)上是物質(zhì)內(nèi)部的微觀粒子不斷傳遞能量的過(guò)程，由于不同物質(zhì)內(nèi)部的微觀粒子不同，因此不同物質(zhì)傳導(dǎo)熱量的能力具有較大差異。

我們常喝的飲料，由于不同飲料的密度不同，因此冰塊放入飲料后在水下的冰塊體積占比會(huì)不一樣。這種占比上的差異就使得冰塊發(fā)生熱傳導(dǎo)的速率有較大差異。密度越大的飲料，冰塊在水下的體積會(huì)越小，因此與水進(jìn)行熱傳導(dǎo)的部分會(huì)較小，從而導(dǎo)致冰塊融化的較慢。

常見(jiàn)的奶茶等飲料，由于含有牛奶和大量的糖分，因此冰塊在水中的體積較小，從而熱傳導(dǎo)較慢，因此更不容易融化。反之清水中的冰塊就會(huì)融化更快。

冰，融化了……

水和冰，是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的物質(zhì)，冰融化成水，水結(jié)成冰，二者之間的轉(zhuǎn)換仍然有很多細(xì)節(jié)需要研究。我們這顆藍(lán)色星球上，冰川水占了淡水的68.7%，冰川的融化影響著全球的大氣環(huán)流、水循環(huán)和氣候，給工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文明帶來(lái)重要影響。因此，對(duì)水和冰開(kāi)展持續(xù)性研究具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

為此，中國(guó)（國(guó)家）南極科考隊(duì)數(shù)十次出征南極，對(duì)南極冰川運(yùn)動(dòng)、冰蓋冰下湖及冰下水系展開(kāi)研究。易開(kāi)得作為中國(guó)（國(guó)家）南極科考隊(duì)的指定凈水品牌，也隨隊(duì)探險(xiǎn)南極，并依托科考隊(duì)的研究成果，探索海水、冰川水等特殊水質(zhì)凈化方面的科研技術(shù)，將其轉(zhuǎn)化應(yīng)用在產(chǎn)品的研發(fā)和創(chuàng)新工作中，促進(jìn)技術(shù)應(yīng)用落地普及，讓技術(shù)惠及更多民眾，更好地為中國(guó)家庭的飲用水健康提供服務(wù)。

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