[科普中國]-你知道冰是如何融化成水的嗎？

冰融化時(shí)有一層水樣層，其性質(zhì)始終未明，現(xiàn)在，德國馬克斯普朗克聚合物研究所帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)，成功利用先進(jìn)的表面特異性光譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬，在分子水平上揭示了水樣層的屬性，發(fā)現(xiàn)冰融化成水是隨溫度變化逐層發(fā)生的。

迄今為止的實(shí)驗(yàn)表明，在冰面溫度達(dá)到融點(diǎn)0℃時(shí)，水樣層厚度可增厚至45納米（人類頭發(fā)直徑的1/1000），微薄如此，讓此類研究極具挑戰(zhàn)性。

據(jù)美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）科技新聞共享平臺(tái)EurekAlert!13日報(bào)道，艾倫·白庫斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研究了水樣層在冰上如何形成，如何隨溫度升高而生長，以及它與正常液體水如何區(qū)分。

前期研究工作著重于生成邊長約10厘米、表面結(jié)構(gòu)十分明確的冰晶。為了探明冰晶表面究竟是固體還是液體，研究人員利用液體水分子之間具有微弱相互作用力的屬性加以區(qū)分。利用界面光譜技術(shù)，結(jié)合受控加熱冰晶技術(shù)，研究人員能夠量化水樣層水分子之間相互作用的變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果顯示，冰表面的第一分子層在低至-38℃時(shí)已經(jīng)開始融化；將溫度升至-16℃，第二層變?yōu)橐后w。與此前普遍認(rèn)為的“連續(xù)融化”觀點(diǎn)相反，冰表面的融化并非連續(xù)的過程，而是逐層發(fā)生的。論文合作者米斯查·伯恩補(bǔ)充說，-4℃的準(zhǔn)液體層與同溫度下過冷水的光譜響應(yīng)也不同，在準(zhǔn)液體層中，水分子間的相互作用更強(qiáng)烈一些。

相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近一期的美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

150年前，著名物理學(xué)家邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)，冰融化表面的一層低于0℃的水薄膜讓冰塊變得很滑溜。但這種水樣層的性質(zhì)引發(fā)了許多爭議：什么溫度下冰面變成液體狀？水樣層厚度取決于怎樣的溫度變化？這項(xiàng)研究成果加深了人們對冰的基本理解，而理解冰表面結(jié)構(gòu)，對于研究氣候科學(xué)中的冰表面催化反應(yīng)等至關(guān)重要，因?yàn)檫@層水薄膜正是冰川移動(dòng)的關(guān)鍵。（記者 房琳琳）