首頁資訊從一個(gè)個(gè)跳動(dòng)的氣象數(shù)據(jù)中，來探索冰的那些奧秘！

從一個(gè)個(gè)跳動(dòng)的氣象數(shù)據(jù)中，來探索冰的那些奧秘！

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年09月10日 00:37

距2022年冬奧會(huì)僅剩下不足兩月時(shí)間

這是冬奧會(huì)首次落戶中國北京

隨著冬奧會(huì)的不斷推進(jìn)

除了雪上運(yùn)動(dòng)越發(fā)受到國人青睞

冰上項(xiàng)目也成為運(yùn)動(dòng)追捧的目標(biāo)

眼下正值大雪節(jié)氣

各地的冰場(chǎng)內(nèi)人頭攢動(dòng)

人們盡情享受著滑冰的樂趣

但你知道為啥冰面總是滑溜溜的嗎？

寒冬時(shí)里玩“潑水成冰”

如何才能成功？

關(guān)于冰的那些奧秘

今天就讓我們一起來聊聊······

冰可以有多冷？

被冰封的氣象儀器（@中國氣象局）

一般來說，冰的溫度可以等于0℃，也可以低于0℃，其最低溫度也可以無限接近-273℃（絕對(duì)零度）。這可以用熱量守恒定律來解釋。當(dāng)外界溫度為-50℃時(shí)，假設(shè)冰是0℃，則冰的熱量一定會(huì)散發(fā)出來，朝著-50℃降低，直到等于外界溫度就不再發(fā)生變化。一杯熱水，放久了，熱量會(huì)散發(fā)出來，直到等于室內(nèi)溫度。同樣，從冰箱拿一瓶飲料，也會(huì)不斷吸熱，直到等于室內(nèi)溫度。所以，外界溫度達(dá)到絕對(duì)零度時(shí)，冰也可以達(dá)到這個(gè)溫度。

冰最低溫度可以接近-273℃，那最高可以達(dá)到多少度呢？

正常壓強(qiáng)環(huán)境下，冰的熔點(diǎn)為0℃。但它的熔點(diǎn)與壓強(qiáng)也存在著一種奇妙的關(guān)系。在2200帕以下，冰的熔點(diǎn)隨壓力的增大而降低，大約每升高130帕降低1℃；超過2200帕后，冰的熔點(diǎn)隨壓力增加而升高。其中，3530帕冰的熔點(diǎn)為-17℃，6380帕冰的熔點(diǎn)為0℃，16500帕冰的熔點(diǎn)為60℃，而20670帕冰在76℃時(shí)才熔化，被稱為名副其實(shí)的“熱冰”。不過，這種冰是不能自然生成的，它只能靠人工制取。

冰面為何總是滑溜溜？

遼河冰封形成冰凌。（圖：@中國氣象局）

冰面為什么是滑的？這個(gè)問題看似簡(jiǎn)單，實(shí)則困擾了科學(xué)家許多年，關(guān)于這個(gè)問題科學(xué)界有三種解釋。

“壓力融解說”誕生于100多年前。科學(xué)家提出，如果用冰刀給單位面積的冰施加很大壓力，這種壓力會(huì)使接觸面的冰融化，形成薄薄的水層，水層會(huì)起到很好的潤滑作用，使摩擦系數(shù)變得非常小，便可以滑冰了。

但后來的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，要想讓冰刀下的冰融化，需要非常高的壓強(qiáng)?；踊荣惖谋鏈囟戎辽俚陀?3.5℃，要想讓冰在-3.5℃融化，需要的壓強(qiáng)大約是350帕，相當(dāng)于在1平方米面積上堆放3500噸的重物，但事實(shí)是，人們所見到的滑冰運(yùn)動(dòng)員大多身輕如燕，明顯達(dá)不到要求。

科學(xué)家又提出了——“摩擦融解說”和“表面融化說”。“摩擦融解說”認(rèn)為，在冰面滑行時(shí)，冰刀與冰面之間進(jìn)行快速摩擦，在這個(gè)過程中產(chǎn)生的熱量使冰融化，融化產(chǎn)生的水起到了潤滑劑的作用，所以冰面很滑。但這個(gè)理論也有缺陷，那就是很多人一站到冰面上動(dòng)都沒動(dòng)就摔倒了，根本沒有摩擦生熱的時(shí)間。

“表面融化說”則指出，冰的表面存在一層薄薄的類似液態(tài)的水，即使在冰點(diǎn)以下也沒有完全結(jié)成冰?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，每一個(gè)水分子都會(huì)通過氫鍵抓住其周圍的水分子，形成晶體結(jié)構(gòu)，但表層的水分子周圍缺少其他水分子，因此沒有辦法形成如冰塊內(nèi)部那般規(guī)則的結(jié)構(gòu)，只能雜亂無序地游蕩在表面。當(dāng)物體與冰面接觸時(shí)，不需要太高的壓強(qiáng)就能讓這些水不斷地潤滑物體與冰層的接觸面，從而使冰面很滑。

截至目前，盡管大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為“表面融化說”更加靠譜，但關(guān)于冰面為什么很滑的原因，科學(xué)界仍然是百家爭(zhēng)鳴，沒有得出統(tǒng)一答案。

體驗(yàn)“潑水成冰”需要幾步？

人們?cè)隗w驗(yàn)潑水成冰的樂趣。

在嚴(yán)冬里，每當(dāng)劇烈降溫時(shí)，很多人可能也會(huì)嘗試了一把東北特有的娛樂項(xiàng)目——“潑水成冰”。但不少人發(fā)現(xiàn)，熱水潑出去后并沒有直接形成冰晶，而是仍然以液體相態(tài)落下。究竟什么條件才能真正實(shí)現(xiàn)“潑水成冰”，熱水真的比冷水更容易結(jié)冰嗎？

氣象專家表示，“潑水成冰”其實(shí)就是水汽結(jié)冰的現(xiàn)象，即相態(tài)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)熱水被潑到空氣中，周圍會(huì)形成大量水汽，空氣中巨大的溫差使水汽迅速凝華成冰晶，這樣就形成了“潑水成冰”的現(xiàn)象。

想要達(dá)到“潑水成冰”需要兩個(gè)條件：一是氣溫達(dá)到-40℃以下，二是水的溫度在90℃以上。

理論上講，過冷水瞬間成冰的臨界溫度是-40℃。當(dāng)氣溫高于-40℃時(shí)，還不足以實(shí)現(xiàn)“潑水成冰”，被潑出去的水只是外層迅速結(jié)冰，內(nèi)部仍是水。但當(dāng)氣溫沒有到-40℃以下，卻有大風(fēng)相助，能迅速帶走水汽中的熱量時(shí)，“潑水成冰”也有可能實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，熱水的確比冷水更易結(jié)冰。這是因?yàn)闊崴c空氣的巨大溫差是實(shí)現(xiàn)“潑水成冰”的關(guān)鍵。

此外，“潑水成冰”其實(shí)與水汽顆粒大小也有關(guān)系，顆粒越小接觸面積越大，結(jié)冰就越快，形成的“潑水成冰”現(xiàn)象越美。一盆水即使溫度再低，凝結(jié)成冰都需要時(shí)間，但如果是潑水造成的一滴一滴水，在溫度迅速下降的情況下，就會(huì)迅速結(jié)冰。

不過，有時(shí)雖然不能瞬間將水汽凝華為冰晶，但形成的水汽也有“潑水成冰”的視覺效果。

也許在大家的印象里

冰只不過就是晶瑩剔透的無色塊狀物而已

但你知道嗎？

在大自然的世界里

冰除了有“冰凍的美麗”

還有變化萬千的形態(tài)

冰川

在加拿大不列顛哥倫比亞省，一條來自Andrei冰原的冰瀑流入Hoodoo冰川

冰川是指示氣候變化的最佳指標(biāo)之一，因?yàn)樗鼈冊(cè)诙潭處滋斓臅r(shí)間尺度內(nèi)就會(huì)經(jīng)歷可見的變化。

陸地上的大型淡水冰體，來源于積雪，最終由于自身過于沉重而被壓縮成冰。冰川的范圍從一個(gè)足球場(chǎng)（長(zhǎng)度110米左右）到數(shù)百公里不等，在每個(gè)大陸都有分布。從本質(zhì)上來說，冰川其實(shí)是較小的冰帽和冰蓋。

冰山

在格陵蘭東南部的Amitsoq島附近，可以看到從格陵蘭冰蓋（遠(yuǎn)端）東端斷裂下來的冰山

冰山是海洋中漂浮的大塊冰體，它們從冰川、冰蓋或冰架上斷裂并落入海洋。一塊浮冰如果要成為冰山，其海平面以上的高度要在4.9米以上，厚度在30到50米之間，覆蓋面積至少為500平方米。

冰山不一定要像山峰一樣，有時(shí)也可以呈平板狀。在北極還有“冰層島嶼”，這些巨大的矩形冰體通常具有平坦的頂部，與側(cè)面幾乎垂直。

冰蓋

冰蓋是世界上最大的冰體形態(tài)，指的是覆蓋了超過5萬平方公里陸地的連續(xù)冰川。地球上只有3個(gè)冰蓋，分別是格陵蘭冰蓋、東南極冰蓋和西南極冰蓋。在末次冰期，冰蓋還曾經(jīng)覆蓋了北美洲、南美洲和歐洲北部的大片地區(qū)。

冰帽和冰原

冰帽是一種巨型的圓頂狀冰體，覆蓋少于5萬平方公里的陸地面積（超過5萬平方公里的稱為冰蓋）。這種冰體結(jié)構(gòu)通常形成于極地，大部分較為平坦，所處海拔較高。

從威爾士親王冰原的西部邊緣流下的冰川。該冰原位于加拿大努納武特的埃爾斯米爾島中東部

冰原和冰帽在大小和分布上非常類似，唯一的區(qū)別是冰體流動(dòng)受到周圍環(huán)境影響的方式。冰原包含著從冰體表面突出、可以改變冰體流動(dòng)的山脈和山脊，就像溪流中分開水流并露出水面的巨石。相比之下，冰帽通常以山丘最高點(diǎn)為圓頂中心，冰體從中心向邊緣移動(dòng)。因此，冰帽并不受限于地形，而冰原受限于地形，也不像冰帽那樣具有帽形外觀。

海冰

海冰是冰凍的鹽水，存在于偏遠(yuǎn)的極地海洋中。海冰對(duì)極地地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和氣候至關(guān)重要，并且可能影響海洋環(huán)流和全球氣候。

隨著地球氣候的快速變化，海冰的融化速度已經(jīng)比重新凍結(jié)的速度更快。這一現(xiàn)象在北極尤為明顯，那里的海洋和陸地溫度上升速度比地球其他任何地方都快。

看到這里

你是不是對(duì)冰有了更好理解呢？

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