圖：密度讓水變成具有不同的特質。上層冰塊與底層二氧化矽板的中間存在著一層極薄的高密度液相的水(粉紅色)。1 nm = 10-7 公分。(版權所屬: H. REICHERT/MAX PLANCK INSTITUTE FOR METAL RESEARCH)
「水」的化學組成可以說是舉世皆知，即使是小朋友大概也多半可以輕易的說出她的分子式，但是「水」卻同時也是最怪異的化學液體！目前有一批科學觀察家正在研究水的另一種怪異特性，那就是除了我們家裡水龍頭流出的水流狀態(Phase，又可稱之為「相」)外，從水異常怪異的密度變化上可以觀察到在低溫時，水確實存在著兩種「液態相」(一般化學物體的「相」應該是唯一的一種狀態，例如固相就呈現單一狀態的固體，液相就呈現一種單一狀態的流體)。
水具備著若干種其它液體沒有的「特異功能」，例如她可以吸收大量的熱能溫度卻不會太高；當她冷卻時，其可壓縮性反而提高，這與一般液體正好相反。而最奇特的是，當溫度降低時，水的密度會隨之升高直到攝氏四度，然後又逐漸下降。這迥異於一般液體隨著溫度下降而密度呈穩定下降的特性。對於這樣一個連初中生都知道的現象一直鮮少有人去研究其真正的原因，直到最近才有一點點突破。
科學家們懷疑此一複雜的現象起因於「雙重特質」；他們首先提出水在低溫時確實存在兩種不同的「液相」：一種是高密度（HDL）液體，另一種是低密度（LDL）。這兩種液相不會被分離，因為二者只會存在於攝氏四十五度以下的環境，而在那時水已幾乎凍結。
在五月二十一日《Physical Review Letters》期刊中，一組德國的研究團隊發表他們可能觀察到了高密度液相的水。他們利用X光照射在攝氏負十七度時位於二氧化矽板子上的一塊冰塊，同時量測反射回來的參數，結果發現了在冰塊與二氧化矽板的介面之間存在著一層極薄(約僅有五個分子厚度)的水。而這層水的密度比室溫水高17%。他們同時觀察到在這層極薄的介面層中，水分子並沒有辦法在此一溫度下快速的四處移動，如果高低密度（HDL、LDL）水的相態要產生轉換（混合）則必須在有效的溫度─攝氏負十七度之下，約至負四十五度左右。也就是說，水原來是有不同的型態，而且彼此並不容易相混。
Engemann S, Reichert H, Dosch在這個研究上的成果，使得「液態水存在兩種相態」的理論研究跨出了重要的一步。此一看似極為普通的水的超細層現象與對高密度液相水和低密度液相水特性的理解，將可以引導我們進入水的內部進行更廣泛的視野觀察，進而讓我們更深入的了解水在地球上所扮演的重要角色。這同時也讓我們引發了一個另類的思考：海水與淡水是否為液態水不同的兩種相態呢？當二者混合時，是否也存在者一層無法察覺的邊界？這倒是一個挺有趣的想法！
參考資料
H, Bilgram J, Honkimaki V, and Snigirev A (2004) Interfacial Melting of Ice in Contact with SiO2. Phys Rev Lett, 92, 205701.
http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2004/528/2
