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文献1指出：
自然界中冰共存在13种晶体类型，以往的研究指出冰均由六方体晶格结构构成，但是由于生长环境和气象条件的不同导致了冰不同的纹理组织或是多晶体中单个晶粒的不同方位，因此也就形成了不同的晶体结构。晶体结构主要包括冰晶体形态、冰晶体大小粒径，以及冰晶轴空间分布方位。Assur定义了一种海冰构造的理想模型，垂直向下的方向为冰的生长方向，结晶的副轴(称为a轴)和这个方向保持一致，结晶的主轴(即c轴)则与冰和水的排列方向垂直。Michel根据c轴的空间分布方位定义了不同的冰类型。其中较为常见的是粒状冰和柱状冰。粒状冰是由粒径大小相似的晶粒所组成，其粒径尺寸通常小于1cm，c轴在空间上是随机排列的；而对于柱状冰，其晶体在垂直方向即生长方向上是细长的，并且在水平面内，晶粒紧密的排列在一起，粒径尺寸范围由1cm到10cm不等。柱状冰中典型的为S2型冰，该类型冰的c轴方向在水平面内随机分布。
当气温下降时，水库表面的水温首先降低，当水温降至0°或部分更低的温度时，表面先形成一层冰絮并进一步冻结，这时对应快速生长的粒状冰晶体，如果伴有降雪，同样为粒状冰晶体，粒状冰之后，冰晶体的生长速率减缓，并受周围晶体的约束，晶体的生长方向只能垂直向下，从而形成了柱状冰晶体，该晶粒直径也逐渐的增大。
海冰是一种由纯冰晶、水、气泡以及其它杂质所组成的复合物质。海冰的形成过程与淡水冰不同，通常是按以下的方式进行的，当海水的温度降到冰点或处于过冷却状态时，海水中的水分子就在结晶核的周围凝固成针状或片状的冰晶，冰晶形成时，海水中所溶解的盐分不断被离析出来。如果海水继续失热，冰晶迅速增多，并且彼此互相聚集和冻结，如果海水相对较平静，继而就会在海面形成薄冰盖。冰盖继续发展将向下生长。最后形成具有一定形状和硬度的冰层。
文献2指出：
冰内气泡是冰的重要组成部分，对冰的力学、热传导等其他性质有显著影响。
气泡的来源主要有两种：一种是在冰开始冻结时，水面波动较剧烈，空气被卷入水中，在气温变化梯度大时，还未来得及破碎或溶解掉就被冻在水里。一般这种气泡多见于冰面附近。另一种是在冰生长时，水中溶解的氧气等气体从水中被释放出来，滞留在生长底面上，并随着冰的生长，一同被冻结住。冰内的气泡多数来自于后一种情况，分布可以贯穿整个冰厚截面。冰内气泡无论是密集程度还是尺寸大小都与冰冻速率有关，因此可分析冰内气泡形成同冰冻时环境条件的关系。
冰样上部气泡含量很少，反映出在冰生长初始阶段，由于水体比热较大，且水的热传导性比冰要高，虽然冷空气到来气温下降明显，但此时由于水体的作用，表层温度下降并不迅速，冻结过程缓慢，没有将溶解的气体迅速包裹在冰中；且由气象条件知冰冻初始时几天风力为3~4级微风，湖面相对平静，因而综合湖面状况和冰冻速率，上层冰体未出现气泡分布。经水科院试验基地证实，在2011年11月17目(冰生长至约8cm时)，水塘内曾进行人工注水。冰样获取的原始位置也距离入水口较近。注水不仅造成冰下表面发生少量融化，其水体流动搅入空气过程与气泡生成的第一类条件极为相似，加之此时冰已生长至一定厚度，水中气体含量骤升并被冻结住，因而会有集中的分布。此后冰继续稳定生长。底层气泡含量较多的原因，除了跟冰冻速率有关，还与气泡的积累有关。上层冰体的相对缓慢生长，将气泡不断从水中挤出，另外气泡的来源还有底层淤泥相对稳定的释放。冰生长后期，生长面上气泡的积累很多，更容易被冻结在冰中。
文献3指出：
线状的气泡在生长速度低于1mm/分钟时开始出现。这些圆柱形线状气泡的可以有几毫米长，其长轴总是平行于冰的生长方向。线状气泡的周围出现的单个气泡，则会暂时减小线状气泡的半径，有时甚至会终止线状气泡的生长。
冰中的气泡总是呈椭圆形，其长轴与冰的生长方向平行。最开始，气泡是呈球形的。但它们到达最大半径后，球形气泡的一端开始向外突出进入水中，正是这一部分导致气泡最终成为椭球气泡，甚至是线状气泡。
对于非常小的线状气泡，它们更倾向于平行于晶粒的边界生长，而不是平行于冰的生长方向。
即使生长速率恒定，在冰中也会出现所谓的气泡波。气泡的出现，会导致溶解于水中的气体减少，以至于在其附近无法再出现新的气泡。冰的生长速度为5mm/分钟时，每立方毫米会出现几百个气泡；将生长速度降为0.5mm/分钟时，每立方毫米只有5到10个气泡。
即使在-5到-10度的环境中，冰中气泡的形状依然会随时间改变，相邻的气泡也会发生合并，只不过这种变化非常缓慢。在0度时只需要几秒钟就可以完成的变化，在-5度的环境中则需要几小时甚至是几天。
文献4中观察到冰块中的螺旋形气泡
据文献5报道，当两个温度不同的冰块相互摩擦时，高温冰块会带负电，低温冰块带正电。文献中给出的解释，跟pn结中空间电场的形成过程类似。只不过此处的驱动力是温度差，不是浓度差。
本次实验
使用边长5cm的正方形冰块
是用网上买的硅胶磨具冻出来的
气泡较少
透明度较好
冰块放在水中时
温度升高
发生炸裂
形成很多断裂面
自然光照明下
冰块边旋转边融化
看不到其内部结构
以前的实验中
冰块厚度都在5mm左右
本次将厚度增大一个了量级
为5cm
冰块绕竖直轴旋转时
呈现出变幻莫测的色彩
冰块沿体对角线方向生长
从室温到冰冻完成
大约需要24个小时
彩色条纹方向和气泡方向
都是倾斜的
平行于冰块的生长方向
与文献3中的描述一致
红色箭头所指位置
原本有一个狭长的气泡
随后断成多个小气泡
每个小气泡中间的区域
应该是水
中间箭头所指位置
气泡从右上方向左下方运动
这不是浮力造成的
或许是气泡两端半径不同
水的表面张力
使其向曲率更小的位置移动
右下角箭头所指位置
可以看到细长的轮廓
但气泡只填充了大约一半
文献1指出
“冰晶形成时，海水中所溶解的盐分不断被离析出来”
或许水中溶解的少量盐分富集在那里
导致该区域熔点降低
始终没有结冰
这是240倍速的效果
画面右侧
有很多小气泡不停的晃动
我不知道它们运动的原因是什么
有兴趣的读者，可以参阅如下文献，进行深入了解
1：冰单轴压缩强度与影响因素试验研究[D]. 大连理工大学,
2012.
2：淡水冰单轴压缩强度试验研究[D]. 大连理工大学,
2013.
3：Air bubbles in ice. Proceedings of
the Physical Society, 1961, 77(3): 757.
4：Spiral air bubbles in ice. Nature,
1967, 214(5095): 1324-1325.
5：The Effect of Air Bubbles in Ice
on Charge Transfer Produced by Asymmetrical Rubbing. Journal of
Atmospheric Sciences, 1964, 21(6): 706-706.
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(2022-09-26 09:49:46)