這種「困」在鑽石中的冰，擁有神奇的物質形態

鑽石不僅為珠寶愛好家所欣賞，還為科學家們提供了許多關於地球內部的信息。

近日，科學家們在 《Science》發文，稱其在埋藏於地殼深處的鑽石中，發現了一種新形式的冰——「冰-VII」。這是人類第一次在地球上發現這種自然形成的冰。正如有些科學的發展過程一樣，它完全是被偶然發現的。

冰-VII的密度大約是我們在飲料中所加的冰或冬天形成的冰的1.5倍，而且其原子的結晶結構也與普通的冰的結構不同：在普通的冰中，氧原子排列成六角形；而在冰-VII中，這些原子呈立方狀排列。

內華達大學地球科學教授Oliver Tschauner解釋說，事實上，在不同的壓力和溫度條件下形成的冰有幾個已知的形式。

但冰-VII很不尋常。領導這項新工作的Tschauner說，通常情況下，當某物質的固體狀態受到的壓力越來越大時，化學鍵之間的間距會稍微減小，而鍵之間的距離會稍微向對方傾斜。這就是所謂的壓縮性。

但是冰的壓縮性很低。當它受到很大的壓力時，原子不會一起滑行。相反，它們會將自己重新排列成新的結構。例如，如果你在冰-I上用力按壓，它會轉化為冰-Ⅱ，冰-Ⅱ有一個菱形結構。如果再增加壓力，原子就又會重新排列成冰-Ⅲ，然後是IV，V，VI和VII。

然而，即使壓力增加，冰-VII的結構也相當穩定。

科學家們認為，在太陽系中，有可能會發現大量的冰-VII，可能存在於像土衛二和歐羅巴這樣的冰衛星內部，或者作為土衛六海洋底的一部分。但他們認為在地球上它不會自然產生：形成冰-VII所需的壓力可以在我們的星球上找到，但這種壓力只存在於地幔深處，可是那裡的溫度太高，以致於冰-VII無法穩定存在。

先前的工作已經表明，冰-VII可以人工合成；但新的研究顯示，有少量的材料也可以在地球上自然形成，這要歸功於鑽石的獨特特性。

鑽石可以在地殼下多達400英里的地方形成。在形成的過程中，它們偶爾會將周圍化學環境中的微小部分封裝在鑽石所謂的包裹體中。並且鑽石中夾雜物的特殊之處在於，包裹在鑽石內部的材料仍然承受著被封裝時的壓力。

隨後，地幔的自然對流最終把這些鑽石以包裹體的形式輸送到地球表面。

Tschauner說：「鑽石晶格的結構並不會（因壓力變小）而變得稀疏，所以無論是在地幔還是在你的手中，包裹體的體積幾乎都是不變的。」

加州理工學院的礦物學家George Rossman說，鑽石的這種特性，使鑽石成為地球深處樣本的主要來源。

「通常，地球內部極深的礦物一旦經歷低壓就不穩定。浮出地表後，它們很快就分解了，不管裡面有什麼東西，都會丟失。但如果鑽石飛得足夠快，它就不會變。

形成在地球地幔中的鑽石最初捕獲的並不是冰-VII，因為地幔溫度太高了。然而，鑽石在形成時可以捕獲極稠密的加壓水的小氣泡。然後，當鑽石穿過地幔時，水包裹體在相同的加壓條件下會受到較低的溫度影響。在這種特殊情況下，冰-VII便可能形成。

Tschauner坦率地承認，他和他的團隊並沒有刻意去尋找鑽石中的冰-VII，而是在尋找一種新的二氧化碳形式。但是當他們用高強度X光掃描鑽石時，他們發現了其他的東西：第一次在這個星球上發現了冰-VII。

Tschauner 說：「我們都很興奮。」 他們的發現——冰- VII已首次被國際礦物學協會確認為礦物。

Rossman說 「其實鑽石中的水並不是未知的，但發現這種高壓形式的冰完好無損，真的是偶然的，」他說，「這就是你所謂的發現。」

推薦閱讀：