我们知道，冰的密度比水小，只有水的大约90%，因此我们可以看见海面上的“冰山一角”。但在自然界，冰的复杂、多变远远超出了我们的想象。
▲最新《科学》研究通过球磨，产生了全新的中等密度无定形冰（图片来源：Christoph Salzmann）
我们熟悉的冰有着规则的晶体结构，分子按照六边形晶格排列。的确，地球上冻结的冰几乎都以这种形式存在；但放眼整个宇宙，这种晶体冰反倒成了非主流的形态，而缺乏高度有序晶体结构的无定形冰，才是水在宇宙中最常见的结构。
无定形冰的发现历史要追溯到近90年前。当时的研究人员发现，水蒸气在-110℃的金属表面凝华，形成了低密度无定形冰，这种冰的密度为0.94 g/cm3。到了上世纪80年代，科学家将普通的冰放置在接近-200 ℃的环境下压缩，又发现了另一种密度不低于1.13 g/cm3的高密度无定形冰。
在此之后，这两种存在巨大密度差异的冰，一直被认为是无定形冰的全部形态——在两者之间，不存在其他形式的冰了。但现在，这个关于冰的传统认知遭到了改写。一项发表于《科学》杂志的研究报告了一种全新的无定形冰：中等密度无定形冰（medium-density amorphous ice，MDA）。
冰在0℃下密度为0.92g/cm3，而水的密度正常为1.00g/cm3，所以冰能浮于水上。
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▲研究团队制造MDA的实验过程（视频来源：Alexander Rosu-Finsen，Christoph Salzmann）
领导这项研究的伦敦大学学院教授Christoph Salzmann说道：“我们知道有20种结晶冰，但此前只发现了两种无定形冰。这两种冰的密度有着巨大差异，传统的观点是两者间不存在其他形式的冰。我们的研究表明，MDA的密度恰好在两者之间。这项发现对于理解液态水及其异常特性有着深远影响。”
▲不同于普通的冰（右），MDA（左）的分子排布与液态水类似（图片来源：剑桥大学）
MDA的横空出世将重塑科学家对于冰的认知。由于此前发现的两种无定形冰存在明显的密度差异，因此科学家猜想在极低的温度下，水能够以两种液态的形式存在，理论上它们还可以共存：低密度的水浮在高密度的上方，就像是水-油混合。这个猜想得到了计算机模拟的支持，但实验尚未证实这个结果。而根据最新的研究结论，这一理论遭到了挑战。这些模型需要能够解释MDA的存在，才有可能最终成立。
与此同时，MDA也为科学家带来新的疑问。这种全新的形态究竟意味着什么？一种猜想认为，就如同我们熟悉的石英玻璃是二氧化硅的玻璃态，与液态水密度、衍射性质相近的MDA，也是液态水真正的玻璃态。当然，另一种可能性也不能排除——MDA并不是玻璃态，而是结晶状态的冰遭受大量剪切应力的结果。
[1] Alexander Rosu-Finsen et al，Medium-density amorphous ice，Science (2023). DOI: 10.1126/science.abq2105
[2] Discovery of new ice may change understanding of water. Retrieved Feb. 2nd，2023 from
冰的密度是0.9×10³;千克/米³，读作0.9×10³千克每立方米，表示每立方米冰的质量为.9×10³千克。如果采用克/厘米³，则冰的密度为0.9克/厘米³，读作0.9克每立方厘米，表示每。
[3] New ice is like a snapshot of liquid water. Retrieved Feb. 2nd，2023 from
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严冬季节，冰封江、湖、河面的时候，由于冰比水轻(0℃时冰的密度为0.9168g·cm?3而水的密度为0.9999g·cm?3，它浮在水面上，使下面水层不易冷却，有利于水生动植物的生存。
