不凍的水

陳正平

國立台灣大學大氣科學系

(中華民國八十五年五月二日收稿；中華民國八十六年十二月九日定稿)

摘要

本文介紹水在0℃以下而保持不凍的一些現象與基本原理。在熱力平衡狀態之下，水可因「壓力效應」及「溶質效應」降低其融點及維持液態，或行程「水合物」而不以冰晶的結構存在。由於冰晶形成時所涉及的能量障礙以及分子動力過程之限制，水還可以「過冷態」或「玻璃態」之「介穩定」狀態存在一段時間，其存在時間之長短受溫度及水中溶質之特性所控制。此外，在熱力平衡狀態之下，水還可以薄薄的一層準液態存在於冰的表面。本文也列舉一些實例，說明這些不凍的特性造成大自然界中許多重要現象，以及被生物及人類之應用。

關鍵詞：液態水、過冷、冰晶核化、玻璃化、復凍、準液態層