穗冰現象

生活科學趣談

結冰時首先由接觸到冷空氣的頂層表面開始結凍,然後慢慢的容器側邊也開始結冰。由於冰的密度0.917 g/cm³,這代表水結冰時體積約膨脹了9%,一旦表層凝固的冰限縮了其體積膨脹量時,內部未結凍的水就會受到高壓而尋求洩壓的管道,於是就會從頂層表面尋找最脆弱的部位,這就如同火山口往往形成於地殼中最薄的部位一樣,一但冰體表層有裂隙,內部高壓的水於是從該處湧出。然後湧出水的側邊繼續受到空氣的冷卻,於是形成一道煙囪狀結構來湧出內部受壓的水

IceSpikes1

這就如同深海煙柱一樣

結論:
有興趣的朋友們不妨做個實驗看看,不過使用自來水做不出來。建議使用蒸餾水,否則以逆滲透水代替亦可,但不管哪一種水都需再加熱至沸騰,目的是去除溶解於其中的氣體。煮沸後以保鮮膜覆蓋表面,避免在冷卻過程中再度溶入空氣,如此即能得到所溶解氣體最少的水(縱使蒸餾水在其中的二氧化碳亦無法完全去除)。因而當容器中央的液體受壓時,壓力較能有效的突破上方冰層而釋放出去來形成冰穗,倘若水中氣體溶解度過高,這些壓力就會轉而儲存在冰塊中的小氣泡中而無法順利長出冰穗來。另外,使用邊緣垂直的容器會比製冰盒效果好一些,因為後者V型的器壁受壓時容易將冰塊推擠向上升起,造成壓力宣洩至下方尚未結冰的底部,一個改善的方法就是製冰盒的底部要墊高,使底部的水有效接觸到冷空氣也能結冰,如此即能強迫受壓水往上竄。

另外,冷凍庫溫度不要調太低也比較容易成功,我猜測這可能是避免表面冰層因快速冷凍而結得太厚,因而不利於內層高壓水來突破表面冰層IceSpikes2

IceSpikes3

延伸閱讀

精彩照片輯