冰如何融化成水？逐层！

冰融化时有一层水样层，其性质始终未明，现在，德国马克斯普朗克聚合物研究所带领的国际团队，成功利用先进的表面特异性光谱技术和计算机模拟，在分子水平上揭示了水样层的属性，发现冰融化成水是随温度变化逐层发生的。

迄今为止的实验表明，在冰面温度达到融点0℃时，水样层厚度可增厚至45纳米（人类头发直径的1/1000），微薄如此，让此类研究极具挑战性。

据美国科学促进会（AAAS）科技新闻共享平台EurekAlert!13日报道，艾伦·白库斯领导的团队研究了水样层在冰上如何形成，如何随温度升高而生长，以及它与正常液体水如何区分。

前期研究工作着重于生成边长约10厘米、表面结构十分明确的冰晶。为了探明冰晶表面究竟是固体还是液体，研究人员利用液体水分子之间具有微弱相互作用力的属性加以区分。利用界面光谱技术，结合受控加热冰晶技术，研究人员能够量化水样层水分子之间相互作用的变化。

实验结果与模拟结果显示，冰表面的第一分子层在低至-38℃时已经开始融化；将温度升至-16℃，第二层变为液体。与此前普遍认为的“连续融化”观点相反，冰表面的融化并非连续的过程，而是逐层发生的。论文合作者米斯查·伯恩补充说，-4℃的准液体层与同温度下过冷水的光谱响应也不同，在准液体层中，水分子间的相互作用更强烈一些。

相关结果发表在最近一期的美国《国家科学院学报》上。

150年前，著名物理学家迈克尔·法拉第发现，冰融化表面的一层低于0℃的水薄膜让冰块变得很滑溜。但这种水样层的性质引发了许多争议：什么温度下冰面变成液体状？水样层厚度取决于怎样的温度变化？这项研究成果加深了人们对冰的基本理解，而理解冰表面结构，对于研究气候科学中的冰表面催化反应等至关重要，因为这层水薄膜正是冰川移动的关键。

来源：科技日报 2016-12-15  房琳琳