2020年12月，吉林省吉林市船营区跃马湖冰层里出现大面积气泡，形态多样，大小不一，十分神奇。在气泡景观的同时，冰面上还有许多冰花纹，奇特的景观吸引人们观看拍摄。这就是冬天特有的一种景观，冰泡湖。这种令人震撼的“冰泡”奇观是怎么形成的？
2020年12月22日，吉林省吉林市船营区跃马湖冰层出现大面积的气泡和冰裂 来源：央视网
众所周知，冰是由水冷凝结成的无色透明固体。一般而言，水只有在0℃以下才可以结成冰；但当温度刚好下降到0℃时，水不会立刻结冰；当温度下降到0℃以下时，水分子的运动速度会急速降低，同时在较长时间的低温的环境下，极微速度运动的水分子会以一定的方式稳固地排列在一起，失去流动性，成为固体的冰。一般来说，冬季水结成冰，就是这个原因导致的。湖泊结冰也是如此。
但湖泊结冰的方式和过程与常见的河流结冰不同。相对于河流而言，湖泊和水库的水体都比较安定，即使看起来风浪阵阵，也只是水体表层汹涌而已，水的深处还是稳定的。由于水在4℃时密度最大的，当冬季气温下降，上层湖水的温度随之降低，水温高于4℃时，因为热胀冷缩，湖面上层冷水的体积会随之减小，湖面上温度低的冷水密度大，就会下沉，而湖底温度高的暖水密度小，则会上浮，从而引起对流，使湖水整体不断冷却。这个对流的过程在水温为4°C时会自行停止，因为此时水的密度最大，如果继续降温，密度反而会减小，表层水轻而底部水重，对流作用则不能继续进行。
当气温继续下降，上层湖水的温度降到4℃以下时，体积膨胀，密度减小，不再继续下沉，无法形成对流，此时对流停止，湖水降温需要靠热传导进行，而热传导散热远不如对流作用快，因此，冬季湖水的底层温度大致保持在4℃左右。使湖底的水的温度能长时间保持在4℃。湖水远不如河流那样有湍流不断，所以总是先在表层达到过冷状态，如果在这时再加上风平浪静，湖面就可以迅速结冰，甚至一夜封冻。
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而湖泊中的冰泡，顾名思义，冰冻在湖泊冰层表面的泡泡，一般来说，只有在湖泊表层结冰的冬季才能看到。那么冰泡是怎么产生的呢？
湖面上的气泡实际上是湖底的沼气导致的。那沼气是如何产生的呢？实际上，湖泊在形成过程中，湖底难免会堆积大量淤泥，淤泥中积存着一些杂草、树根等含有纤维素的植物。冬季湖泊结冰封冻，在缺乏空气的环境下，这些植物易被细菌分解发酵，产生甲烷气体。而甲烷是一种无色无味的气体，密度比空气小，容易燃烧，难溶于水。而冬季湖底的温度较高，产生的不溶于水的甲烷便纷纷从湖底冒出来，形成气泡。农村修建的沼气池利用的便是这个原理，而湖底就相当于一个天然的沼气池。而沼气的容易燃烧的特性，让冰泡遇火会被点燃，所以，如果看到湖泊中结冰的泡泡会燃烧，也不要惊讶，这是沼气在“作怪”。
这是在新疆赛里木湖拍摄的“冰泡”景观 来源：新华网
知道了泡泡是如何产生的，那么它为什么会被封冻住呢？我们日常能够看到的湖泊非常多，但是会产生冰冻泡泡的湖泊却很稀少，这又有什么原因呢？
并不是所有的湖都会形成冰泡景观。综合上述分析，形成冰泡的最基本条件有两个：一、要有可在水中释放气体的源头；二、湖泊所在地温度急速降到冰点以下，即冰封的速度快过湖底气泡冲向水面的速度，只有如此，气泡才能被“封印”在冰层之中。除这两个条件外，还需要大风，温度低，大风一方面可以加速湖水降温，另一方面能将湖面的积雪吹走，高速的大风还有打磨冰面的作用，让冰封的泡泡看起来更加清晰透明。
在冬季，河流湖泊都有形成冰泡的潜质，但并不是所有能形成冰泡的湖都可以被叫做冰泡湖。一般而言，只有那些每到冬天一定会产生冰泡景观的湖，人们才会称之为“冰泡湖”。世界上较著名冰泡湖有三个，分别是加拿大的亚伯拉罕湖、俄罗斯的贝加尔湖和我国新疆的赛里木湖。
各地因地形气候各有差异，形成冰泡湖的原因也有所不同。美丽的泡泡本来一戳就破，但冰冻起来的泡泡却给冬天带来了别样的神秘和动人。最后，提醒大家，在冬季别忘了欣赏这神奇的自然景观哦。
（作者：郑玉婷）
科学性把关：本文由北京市海淀区教师进修学校附属实验学校中学一级教师牟丹（化学）、中国人民大学附属中学第二分校中学一级教师王和意（地理）进行科学性把关。
来源：新华网、中国新闻网、《青少年科学普及丛书 天气变化早知道》《冰天雪地》《魅力科学 趣味物理学问答》《科学知识运用100例》
