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2021-02-26 12:10:57

,也就是冻结成固态的。或者是由甲烷和二氧化碳形成,取决于冰内含的杂质(如土壤或气泡颗粒),冰可以是透明的、或著带有一点不透明的蓝白色。

在太阳系中冰的含量非常丰富。从最接近太阳的水星,到离太阳极远的欧特云,都会生成冰。在太阳系以外的地方,英文称“冻结成固态的水”为"interstellar ice"(星际冰)。冰在地球表面存量极大 - 尤其是在极地地区和雪线以上- 而且,作为地表沉淀物和沉积物的一种常见形式,冰在地球的水循环和气候上起著关键的作用。它可能以雪花、冰雹、霜、冰锥或冰柱等形式出现。

冰分子可依温度和压力,表现出高达十六种不同的形态(分子堆叠形状)。当水被迅速冷却后,根据其经过的压力和温度,可生成多达三种不同型态的“冰”。当水慢慢冷却,到达20K以下(约−253.15℃)时,量子穿隧效应可能引起宏观的量子现象。几乎所有在地球表面和大气层里的冰,都是六角形晶体结构; 相较之下,地表只会产生微量的立方体形冰。其中最常见的生成方式为:当液态水在标准大气压(1atm)下冷却到低于0°C(273.15K,32°F)时,产生六角形晶体冰。冰也可通过水蒸汽直接沉积(凝华),如霜的形成就是一个很好的例子。从冰变成水的过程被称为熔化,而从冰直接变成水蒸的过程则被称为升华。

冰在各种地方都被广泛地运用着,包括制冷、冬季运动、和做成冰雕等。

冰的特性

资料专题:冰冰的特性

冰在自然界中的存在

冰是全球气候的关键组成部分之一,尤其在水循环的部分起着重要的作用。冰川和积雪是淡水的重要储存机制; 随着时间的推移,它们可以升华或融化,并重新变成淡水加入循环。融雪也是季节性清水的重要来源。世界气象组织由产地、规格、形状、影响......等定义了许多种不同名称的冰。其中,天然气水合物,是指其晶格内含有天然气分子的冰形态。

海洋中的冰

海洋中的冰,可能以漂浮在水中的浮冰形式,或著是以固定在海岸线或海底的固着形式出现。从冰架或冰川剥落下来的大量冰块,可能形成巨大的冰山。有时海冰会因海流和风所产生的压力,而互相碰撞挤压,而且形成在某些情况下甚至可以高达12米(超过四层楼)的高耸山脊。船只在通过充满海冰的区域时,一般都会选择穿过不同冰体之间海面的较空旷处,或著必须使用一种特殊的船舶 -破冰船。

陆地上的冰

陆地上的冰体大小相差极端,覆盖范围从最大型的冰盖、到更小的冰帽和冰原、至冰川和流动的碎冰、山上的雪线、平地的雪地......不等。

积冰是一种具有层状结构的冰,一般都形成于极地地区、或副极地地区的山谷之中。当河床结冰后,正常的地下水流动被阻碍,并导致当地的地下水位上升,使得水流从冰层的顶部流出。流出的水自然的被冻结,造成水位进一步上升,并重复该循环。最后产生一个分层的冰沉积物,通常厚达数米。

冻雨,是一种在冬天落下,一碰到物体便结冰的雨。冻雨落到物体上结冻之后,累积之下有时会产生冰锥。这种方式所产生的冰锥,外观看起来非常类似钟乳石; 或著当水滴落、并重新冻结后,变成石笋状的形式。

河流里的冰

在流动的水域中形成的冰,和形成于平静的水域中的冰相比,往往较不稳定和不均匀。当原本流动的碎冰堆成块后,便成为冰坝英语ice dam,是冰对河流威胁最大的形态。冰坝有时会引起洪水泛滥,破坏河中或河附近的建筑结构,并使河上的船只损坏。冰坝甚至可能会导致一些水电工业设施完全关闭。冰川活动所产生的冰坝也是堰塞湖的成因之一。河流中漂浮的巨型碎冰,不但会损坏船只,还会让破冰船难以航行。

冰圈是在河中形成的圆形冰结构。

煎饼冰(松饼冰),是一种一般于较不平静的水中形成的冰。

湖泊中的冰

在平静的水中,冰会先由岸边开始生成,并产生薄薄的一层冰层在水域表面扩散,然后渐渐向下结冻。湖泊冰一般有四种类型:初形(Primary)、中形(secondary)、叠加形(superimposed)和结块形(agglomerate)初形的冰最先出现。冰的中形接下来则以平行于热量流动的方向,于初形冰的底下形成。而当雨或水流从冰的裂缝渗入时,便可能形成叠加形的冰。

当浮冰在风吹之下堆叠在湖岸时,便成为湖架冰英语shelf ice

蜡烛冰英语candle ice,是和湖面垂直发展的柱状冰,属于蜂窝状冰英语rotten ice的一种形式。

空中的冰

雾凇

当小水滴在冰冷的物体上结冻时,便形成雾凇。在晚上温度降低且产生雾气时,便可能观察到这个现象。软凇的成分中,很高的比例都是被困在结晶里的空气,所以它看起来较为白色不透明,并且密度只有纯冰的四分之一。硬凇则相较之下密度较大。

冰珠

冰珠是固态降水的一种,由雪花落下时融化再凝固所形成,外形为半透明冰球,比雹还小。

冰雹

雪花

钻石尘

冰的作用

  • 食用(冰沙、食用冰块等)
  • 食品保鲜
  • 降温、冷却(使用工业冰块等)
  • 体育活动(溜冰、冰上曲棍球等)
  • 冰雕

特殊的冰

热冰:除了前面提到高压下形成的热冰之外,重水(D2O)在3.8℃时结冰,成为另一种形式的“热冰”。

一般被称为干冰的物质实际是二氧化碳的固体状态,与水没有关系。

参见

参考文献

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