冰钉是怎么形成的？

冰钉是怎么形成的？

有的时候，人们会在冰箱的冰格或者户外的盛水容器中观察到这种现象。当这些容器中的水冻结时，冰的表面本应是平坦的，但有时候却会有凸出表面的细长冰柱“生长”出来，这种现象就被称为“冰钉”（Ice spike）。今天的视频是一段冰钉生长的延时视频，大约是加速到了50倍。视频中的温度环境是-11.5℃，容器上的小格子是1mm。

视频的最后可以看到一些紫色，这是因为实验者在冰钉表面撒了一点点高锰酸钾固体，这样显示出冰钉的表面有一层尚未冻结的液态水，应该是从冰钉尖端的小孔挤出来的。

“冰钉”形成的过程可以这样理解：在制冰盒之类的容器中，水首先从外层开始冻结，而在冻结的同时，它的体积会膨胀。

而在结冰的表面，可能某处正好有一个相对薄弱的小孔，那么随着冻结的冰膨胀，剩余还保持液态的水就会被从小孔处挤出来，并且在挤出的部位外侧冻结形成向上的管状。然后剩余的液态水继续被挤出冻结的过程，最终形成一条向上生长的“冰钉”。这些结构一般是细长、尖端朝上的，发生的位置和方向都比较随机。（解释冰钉形成过程的Bally-Dorsey模型）

但要想形成显著可见的冰钉也有很多限制条件。比如如果水中溶有较多杂质，冰钉就变得不容易形成。2003年的时候曾有一篇论文讨论过冰钉形成的条件，在冻了几千个冰块之后，他们得出的结论是：在大约-7℃、水纯度高的条件下，冰钉最容易出现。此外，比起静止的空气，那些通过空气循环来防止结霜的“无霜冰箱”也更容易产生冰钉现象。有兴趣的话，也可以用家里的冰箱试验一下，不过小编还没试过，不太清楚具体成功率如何。

顺便说，这篇冰钉论文的作者之一是K. G. Libbrecht，也就是那位非常痴迷雪花研究的教授，这位对冰雪现象可以说是真爱了……