مراحل الجليد

بينما تُعدّ معظم أنواع الجليد بلورية، توجد أيضًا عدة أنواع غير متبلورة (أو "زجاجية"). هذا النوع من الجليد هو شكل صلب غير متبلور من الماء، يفتقر إلى الترتيب الجزيئي المنتظم. يُنتج الجليد غير المتبلور إما عن طريق التبريد السريع للماء السائل إلى درجة حرارة التحول الزجاجي (حوالي 136  كلفن أو -137  درجة مئوية) في غضون أجزاء من الثانية (بحيث لا يتوفر للجزيئات الوقت الكافي لتكوين شبكة بلورية )، أو عن طريق ضغط الجليد العادي في درجات حرارة منخفضة. أما النوع الأكثر شيوعًا على الأرض، وهو الجليد منخفض الكثافة، فيتكون عادةً في المختبر عن طريق التراكم البطيء لجزيئات بخار الماء ( الترسيب الفيزيائي للبخار ) على سطح بلوري معدني أملس للغاية عند درجة حرارة أقل من 120  كلفن. ومن المتوقع أن يتكون في الفضاء الخارجي بطريقة مماثلة على مجموعة متنوعة من الركائز الباردة، مثل جزيئات الغبار. ^{[ 10 ]} على النقيض من ذلك، يتشكل الماء الزجاجي فائق التبريد برش رذاذ دقيق من قطرات الماء في سائل مثل البروبان عند درجة حرارة 80  كلفن تقريبًا، أو بتبريد قطرات دقيقة بحجم الميكرومتر على حامل عينة محفوظ عند درجة حرارة النيتروجين السائل ، 77  كلفن، في فراغ. ويتطلب منع تبلور القطرات معدلات تبريد تتجاوز 10⁴ كلفن/ثانية. عند درجة حرارة النيتروجين السائل، 77 ^كلفن ، يكون الماء الزجاجي فائق التبريد مستقرًا حركيًا ويمكن تخزينه لسنوات عديدة.  

تتميز الجليديات غير المتبلورة بقدرتها على كبح تقلبات الكثافة بعيدة المدى، ولذلك فهي شبه متجانسة للغاية . ^{[ 11 ]} تشير تحليلات التصنيف إلى أن الجليديات غير المتبلورة ذات الكثافة المنخفضة والعالية هي زجاجيات . ^{[ 12 ]}

تقع ذرات الهيدروجين في الشبكة البلورية على مقربة شديدة من الروابط الهيدروجينية، وبطريقة تحافظ على كل جزيء ماء. هذا يعني أن كل ذرة أكسجين في الشبكة محاطة بذرتي هيدروجين: على بُعد حوالي 101  بيكومتر على  طول الرابطة البالغ طولها 275 بيكومتر في الجليد Ih. تسمح الشبكة البلورية بقدر كبير من عدم الانتظام في مواقع ذرات الهيدروجين المتجمدة في البنية أثناء تبريدها إلى الصفر المطلق. ونتيجة لذلك، تحتوي البنية البلورية على قدر من الإنتروبيا المتبقية المتأصلة في الشبكة، والتي تحددها عدد التكوينات الممكنة لمواقع الهيدروجين التي يمكن تشكيلها مع الحفاظ على شرط وجود ذرتي هيدروجين فقط متجاورتين لكل ذرة أكسجين، ووجود ذرة هيدروجين واحدة فقط _في كل رابطة هيدروجينية تربط ذرتي أكسجين. ^{[ 24 ]} هذه الإنتروبيا المتبقية S0 تساوي3.4 ± 0.1  جول/مول ^/ كلفن = R ln(1.50 ± 0.02 ⁾ . ^{[ 25 ]}

توجد طرق عديدة لتقريب هذا الرقم انطلاقاً من المبادئ الأساسية. فيما يلي الطريقة التي استخدمها لينوس باولينغ . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

لنفترض وجود عدد N من جزيئات الماء في شبكة جليدية. لحساب إنتروبيا الماء المتبقية، نحتاج إلى حساب عدد التكوينات التي يمكن أن تتخذها الشبكة. ذرات الأكسجين ثابتة عند نقاط الشبكة، بينما تقع ذرات الهيدروجين على حوافها. تكمن المشكلة في اختيار أحد طرفي كل حافة من حواف الشبكة ليرتبط بها الهيدروجين، بطريقة تضمن ارتباط كل ذرة أكسجين بذرتي هيدروجين.

يمكن تقسيم ذرات الأكسجين إلى مجموعتين على شكل رقعة شطرنج، كما هو موضح في الصورة على هيئة كرات سوداء وبيضاء. ركز انتباهك على ذرات الأكسجين في إحدى المجموعتين: يوجد منها N /2 . ترتبط كل ذرة بأربع روابط هيدروجينية، اثنتان منها قريبتان واثنتان بعيدتان. هذا يعني أن هناك${\textstyle {\tbinom {4}{2}}=6}$التكوينات المسموح بها لذرات الهيدروجين حول ذرة الأكسجين هذه (انظر معامل ذي الحدين ). بالتالي، يوجد 6N ^/2 تكوينًا تُحقق هذه الذرات N /2 . لكن الآن، لننظر إلى ذرات الأكسجين المتبقية N /2 : بشكل عام ^، لن تُحقق هذه التكوينات (أي لن يكون هناك ذرتا هيدروجين بالقرب منها). لكل ذرة من هذه الذرات، يوجد ^2⁴ = 16 موضعًا ممكنًا لذرات الهيدروجين على طول روابطها الهيدروجينية، منها 6 مواضع مسموح بها. لذا، بشكل مبسط، نتوقع أن يكون العدد الإجمالي للتكوينات هو $${\displaystyle 6^{N/2}(6/16)^{N/2}=(3/2)^{N}.}$$

باستخدام صيغة بولتزمان للإنتروبيا ، نستنتج أن $${\displaystyle S_{0}=k\ln(3/2)^{N}=nR\ln(3/2),}$$حيث k هو ثابت بولتزمان و R هو ثابت الغازات العام . إذن، فإن الإنتروبيا المتبقية المولية هي${\displaystyle R\ln(3/2)=}$3.37  جول/مول ^/ كلفن ^/ .

يمكن إيجاد الإجابة نفسها بطريقة أخرى. أولًا، نوجه كل جزيء ماء عشوائيًا في كل من التكوينات الستة الممكنة، ثم نتحقق من احتواء كل حافة من حواف الشبكة على ذرة هيدروجين واحدة فقط. بافتراض أن حواف الشبكة مستقلة، فإن احتمال احتواء حافة واحدة على ذرة هيدروجين واحدة هو 1/2، وبما أن هناك 2N حافة إجمالًا، نحصل على إجمالي عدد التكوينات .${\displaystyle 6^{N}\times (1/2)^{2N}=(3/2)^{N}}$كما كان من قبل.

هذا التقدير ساذج، إذ يفترض إمكانية اختيار ستة من أصل ستة عشر تكوينًا للهيدروجين لذرات الأكسجين في المجموعة الثانية بشكل مستقل، وهو افتراض خاطئ. يمكن استخدام طرق أكثر تعقيدًا لتقريب العدد الدقيق للتكوينات الممكنة، والحصول على نتائج أقرب إلى القيم المقاسة. استخدم ناجل (1966) طريقة الجمع المتسلسل للحصول على${\displaystyle R\ln(1.50685\pm 0.00015)}$[ ^{28 ]​}

كمثال توضيحي على التحسين، لننظر في الطريقة التالية لتحسين طريقة التقدير الثانية المذكورة أعلاه. وفقًا لها، فإن ست جزيئات ماء في حلقة سداسية ستسمح${\displaystyle 6^{6}\times (1/2)^{6}=729}$توجد 730 تكوينًا. ومع ذلك، من خلال التعداد الصريح، يوجد في الواقع 730 تكوينًا. الآن في الشبكة، تشارك كل ذرة أكسجين في 12 حلقة سداسية، لذلك يوجد 2N حلقة إجمالاً لـ N ذرة أكسجين، أو حلقتان لكل ذرة أكسجين، مما يعطي نتيجة محسنة قدرها${\displaystyle R\ln(1.5\times (730/729)^{2})=R\ln(1.504)}$[ ^{29 ]​}

وصف غوستاف تامان خصائص الجليد من النوع الثاني لأول مرة وسجلها عام 1900 خلال تجاربه على الجليد تحت ضغط عالٍ ودرجات حرارة منخفضة. بعد إنتاج الجليد من النوع الثالث، حاول تامان تكثيف الجليد عند درجة حرارة تتراوح بين -70 و-80 درجة مئوية (203 و193 كلفن؛ -94 و-112 درجة فهرنهايت) تحت ضغط 200 ميجا باسكال ( 2000 ضغط جوي ) . لاحظ تامان أن كثافة الجليد من النوع الثاني في هذه الحالة كانت أعلى من كثافة الجليد من النوع الثالث. كما وجد أن كلا النوعين من الجليد يمكن حفظهما عند الضغط الجوي العادي في حالة مستقرة طالما بقيت درجة الحرارة عند درجة حرارة الهواء السائل ، مما يبطئ تغير بنيتهما إلى الجليد من _النوع الأول . ^{[ 48 ]}     

في تجارب لاحقة أجراها بريدجمان عام 1912، تبيّن أن الفرق في الحجم بين الجليد II والجليد III كان في حدود 0.0001 متر ^مكعب /كيلوجرام (2.8 بوصة مكعبة /رطل) . لم يكتشف تامان هذا الفرق نظرًا لصغر التغير، ولذلك لم يتمكن من تحديد منحنى التوازن بينهما. أظهر المنحنى أن التغير البنيوي من الجليد III إلى الجليد II كان أكثر احتمالًا إذا كان الوسط قد اتخذ سابقًا التكوين البنيوي للجليد II. مع ذلك، إذا تم الحصول على عينة من الجليد III لم تكن أبدًا في حالة الجليد II، فإنه يمكن تبريدها إلى ما دون -70 درجة مئوية دون أن تتحول إلى الجليد II. في المقابل، لم يكن من الممكن تسخين الجليد II إلى درجة حرارة أعلى من اللازم مع الحفاظ على الشكل نفسه. وجد بريدجمان أن منحنى التوازن بين الجليد II والجليد IV كان مشابهًا إلى حد كبير لمنحنى التوازن مع الجليد III، حيث يتمتعان بنفس خصائص الاستقرار والتغير الطفيف في الحجم. ومع ذلك، كان المنحنى بين الجليد الثاني والجليد الخامس مختلفًا للغاية، حيث كانت فقاعة المنحنى عبارة عن خط مستقيم بشكل أساسي وكان فرق الحجم دائمًا تقريبًا 0.0000545 م³ / ^كجم (1.51 بوصة مكعبة /رطل) . ^{[ 48 ]}       

أوضح بحثٌ أجراه إنجلهاردت وكامب عام 1981 البنية البلورية للجليد IV باستخدام حيود الأشعة السينية على بلورة مفردة عند درجة حرارة منخفضة، واصفين إياه بأنه خلية وحدة معينية الأوجه ذات زمرة فراغية R-3c. ^{[ 91 ]} وأشار هذا البحث إلى إمكانية اشتقاق بنية الجليد IV من بنية الجليد Ic عن طريق قطع بعض الروابط الهيدروجينية وتكوين روابط أخرى، بالإضافة إلى إضافة تشوهات بنيوية طفيفة. قام شيبارد وآخرون ^{[ 92 ]} بضغط الطور المحيط من NH4F _، وهو مادة متماثلة البنية للجليد، للحصول على NH4F _II ، الذي تشبه شبكته من الروابط الهيدروجينية شبكة الجليد IV. وبما أن ضغط الجليد Ih يؤدي إلى تكوين جليد غير متبلور عالي الكثافة (HDA)، وليس الجليد IV، فقد أكدوا على أهمية التحول الناتج عن الضغط للجليد I إلى الجليد IV، وأطلقوا عليه اسم "انهيار إنجلهاردت-كامب" (EKC). اقترحوا أن سبب عدم قدرتنا على الحصول على الجليد IV مباشرةً من الجليد Ih هو أن الجليد Ih غير منتظم في توزيع الهيدروجين؛ فإذا كانت ذرات الأكسجين مرتبة في بنية الجليد IV، فقد لا تتشكل روابط هيدروجينية بسبب عدم التوافق بين الذرات المانحة والمستقبلة. ^{[ 93 ] [ 94 ]}

تم تأكيد الطبيعة غير المنتظمة للجليد IV من خلال دراسات حيود مسحوق النيوترونات التي أجراها لوبان (1998) ^{[ 95 ]} وكلوتز وآخرون (2003) ^{[ 96 ]} . بالإضافة إلى ذلك، فإن فرق الإنتروبيا بين الجليد VI (الطور غير المنتظم) والجليد IV ضئيل للغاية، وفقًا لقياسات بريدجمان ^{[ 97 ] .}

تم اقتراح العديد من الكواشف العضوية المحفزة للتبلور لبلورة الجليد IV بشكل انتقائي من الماء السائل، ^{[ 98 ]} ولكن حتى مع استخدام هذه الكواشف، كانت بلورة الجليد IV من الماء السائل صعبة للغاية وتبدو وكأنها عملية عشوائية. في عام 2001، أبلغ سالزمان وزملاؤه عن طريقة جديدة تمامًا لتحضير الجليد IV بشكل قابل للتكرار ؛ ^{[ 99 ]} فعند تسخين الجليد غير المتبلور عالي الكثافة (HDA) بمعدل 0.4 كلفن/دقيقة وضغط 0.81 جيجا باسكال، يتبلور الجليد IV عند حوالي 165 كلفن. ويتحكم معدل التسخين في نواتج التبلور؛ فالتسخين السريع (أكثر من 10 كلفن/دقيقة) يؤدي إلى تكوين الجليد XII أحادي الطور.

يُعدّ الجليد VII الطور الوحيد غير المنتظم للجليد الذي يمكن تنظيمه بالتبريد البسيط. (بينما يتحول الجليد I _نظريًا إلى الجليد XI المنظم بروتونيًا على مدى فترات زمنية جيولوجية، إلا أنه من الضروري عمليًا إضافة كميات صغيرة من محفز هيدروكسيد البوتاسيوم). يتشكل الجليد VII (المنظم) عند درجات حرارة أقل من 273 كلفن وحتى ضغط 8 جيجا باسكال تقريبًا. وفوق هذا الضغط، تنخفض درجة حرارة التحول VII-VIII بسرعة، لتصل إلى 0 كلفن عند ضغط 60 جيجا باسكال تقريبًا. ^{[ 102 ]} وبالتالي، يتمتع الجليد VII بأكبر مجال استقرار بين جميع الأطوار الجزيئية للجليد. وتستمر الشبكات الفرعية المكعبة للأكسجين، التي تُشكل الهيكل الأساسي لبنية الجليد VII، حتى ضغوط لا تقل عن 128 جيجا باسكال؛ ^{[ 103 ]} وهذا الضغط أعلى بكثير من الضغط الذي يفقد عنده الماء خواصه الجزيئية تمامًا، مُشكلاً الجليد X. في الجليد عالي الضغط، يهيمن الانتشار البروتوني (حركة البروتونات حول شبكة الأكسجين) على الانتشار الجزيئي، وهو تأثير تم قياسه بشكل مباشر. ^{[ 104 ]}

الجليد XI هو الشكل المُرتب للهيدروجين من الشكل العادي للجليد. الطاقة الداخلية الكلية للجليد XI أقل بنحو سدس الطاقة الداخلية للجليد I _h ، لذا من المفترض أن يتشكل بشكل طبيعي عند تبريد الجليد I _{h إلى أقل من 72} كلفن . ترتبط درجة الحرارة المنخفضة اللازمة لتحقيق هذا التحول بانخفاض فرق الطاقة نسبيًا بين البنيتين. ^{[ 105 ]} لوحظت مؤشرات على ترتيب الهيدروجين في الجليد منذ عام 1964، عندما عزا دينجل وآخرون ذروة في تيار إزالة الاستقطاب المُحفز حراريًا (TSD) إلى وجود طور كهروإجهادي مُرتب للبروتونات. ^{[ 106 ]} مع ذلك، لم يتمكنوا من إثبات حدوث تحول طوري بشكل قاطع، وأشار أونساجر إلى أن الذروة قد تنشأ أيضًا من حركة العيوب وعدم انتظام الشبكة البلورية. اقترح أونساجر على الباحثين التجريبيين البحث عن تغير كبير في السعة الحرارية من خلال إجراء تجربة قياس حراري دقيقة. تم تحديد التحول الطوري إلى الجليد XI تجريبياً لأول مرة في عام 1972 بواسطة شوجي كاوادا وآخرين. ^{[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]} 

تُحاط جزيئات الماء في الجليد I _{h بأربع روابط} هيدروجينية شبه عشوائية التوجيه . من المفترض أن يتغير هذا الترتيب إلى ترتيب أكثر انتظامًا للروابط الهيدروجينية الموجود في الجليد XI عند درجات الحرارة المنخفضة، شريطة أن يكون انتقال البروتونات الموضعي متاحًا بدرجة كافية؛ وهي عملية تصبح أسهل مع ازدياد الضغط. ^{[ 110 ]} وبناءً على ذلك، يُعتقد أن للجليد XI نقطة ثلاثية مع الجليد السداسي والماء الغازي عند (~72  كلفن، ~0  باسكال). الجليد I _h الذي تحول إلى الجليد XI ثم عاد إلى الجليد I _h ، عند رفع درجة الحرارة، يحتفظ ببعض المجالات ذات الترتيب الهيدروجيني ويتحول بسهولة أكبر مرة أخرى إلى الجليد XI. ^{[ 111 ]} وجدت دراسة حيود مسحوق النيوترونات أن مجالات صغيرة ذات ترتيب هيدروجيني يمكن أن توجد حتى 111  كلفن. ^{[ 112 ]}

توجد اختلافات واضحة في أطياف رامان بين الجليدين I _h و XI، حيث يُظهر الجليد XI قممًا أقوى بكثير في مناطق الانتقال (~230 ^سم⁻¹  ) ، والدوران (~630 سم⁻¹ ) ^، والتمدد غير المتماثل المتوافق في الطور (~3200 سم⁻¹ ⁾ . ^{[ 113 ] [ 114 ]}  

يمتلك الجليد I _c أيضًا شكلًا مُرتبًا للبروتونات. وقد تم التنبؤ بأن الطاقة الداخلية الكلية للجليد XI _c مماثلة للطاقة الداخلية الكلية للجليد XI _h . ^{[ 115 ]}

على الرغم من اكتشاف الطور الأصلي للجليد VI عام 1935، لم تُلاحظ الأشكال المُرتبة للبروتونات (الجليد XV) إلا عام 2009. نظريًا، تم التنبؤ بترتيب البروتونات في الجليد VI عدة مرات؛ فعلى سبيل المثال، تنبأت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية بأن درجة حرارة التحول الطوري هي 108 كلفن، وأن البنية المرتبة الأكثر استقرارًا هي بنية مضادة للكهرباء الحديدية في المجموعة الفراغية Cc ، بينما وُجدت بنية مضادة للكهرباء الحديدية P 2 ₁ 2 1 ₂ 1 _{أعلى طاقة بمقدار 4 كلفن لكل جزيء ماء.} ^{[ 120 ]}

في 14 يونيو 2009، أفاد كريستوف سالزمان وزملاؤه في جامعة أكسفورد باكتشافهم تجريبياً طوراً منتظماً من الجليد السادس، أطلقوا عليه اسم الجليد الخامس عشر، وأشاروا إلى أن خصائصه تختلف اختلافاً كبيراً عن الخصائص المتوقعة. فعلى وجه الخصوص، يُعد الجليد الخامس عشر مضاداً للكهرباء الحديدية بدلاً من كونه حديدياً كهربائياً كما كان متوقعاً. ^{[ 121 ] [ 122 ]}

بالتفصيل، يتميز الجليد XV بكثافة أقل (حجم خلية وحدة أكبر) من الجليد VI. وهذا ما يجعل التحول من حالة الفوضى إلى حالة الانتظام من الجليد VI إلى الجليد XV أكثر شيوعًا عند الضغوط المنخفضة. في الواقع، كشفت دراسة المسح الحراري التفاضلي التي أجراها شيبارد وسالزمان أن إعادة تسخين الجليد XV المُعالج بحمض الهيدروكلوريك والمُستعاد بعد التبريد السريع عند الضغط الجوي ينتج عنه تفاعلات طاردة للحرارة ناتجة عن الانتظام المؤقت، أي أنه يتم الحصول على جليد XV أكثر انتظامًا عند الضغط الجوي. وتماشيًا مع ذلك، فإن التحول من الجليد VI إلى الجليد XV قابل للانعكاس عند الضغط الجوي. ^{[ 123 ]} كما تبين أن المعالجة بحمض الهيدروكلوريك فعالة بشكل انتقائي في إنتاج الجليد XV، بينما لا تُعزز الأحماض والقواعد الأخرى (HF، LiOH، HClO4 _{، HBr) تكوين الجليد XV بشكل ملحوظ.} ^{[ 124 ]}

استنادًا إلى حيود النيوترونات على المساحيق ، دُرست البنية البلورية للجليد XV بالتفصيل. وقد أشار بعض الباحثين، بالاقتران مع حسابات نظرية الكثافة الوظيفية، إلى أن أيًا من التكوينات الاتجاهية المرتبة تمامًا لا يُفضل طاقيًا. وهذا يعني وجود عدة تكوينات متقاربة طاقيًا تتعايش في الجليد XV. واقترحوا المجموعة الفراغية المعينية القائمة Pmmn كمجموعة فراغية محتملة لوصف البنية المتوسطة زمنيًا ومكانيًا للجليد XV. ^{[ 125 ]} بينما جادل باحثون آخرون بأن نموذج P -1 لا يزال الأفضل (مع _وجود P21 كمرشح ثانٍ ) ، في حين أن تحسين ريتفيلد باستخدام المجموعة الفراغية Pmmn لا يُجدي نفعًا إلا مع العينات ضعيفة الترتيب. وتُعد معلمات الشبكة، ولا سيما b و c ، مؤشرات جيدة لتكوين الجليد XV. وباستخدام حسابات نظرية الكثافة الوظيفية، نجحوا في بناء نموذج مرتب بالكامل في P -1 وأظهروا أن بيانات حيود الأشعة السينية التجريبية يجب تحليلها باستخدام مجموعات فراغية تسمح بترتيب كامل للهيدروجين، بينما لا يقبل نموذج Pmmn سوى هياكل مرتبة جزئيًا. ^{[ 126 ]}

في عام 2016، أُعلن عن اكتشاف شكل جديد من الجليد. ^{[ 82 ]} وقد وُصف هذا الشكل الجديد بأنه "جليد مائي مسامي غير مستقر عند درجات الحرارة الجوية"، وتم اكتشافه عن طريق أخذ جليد مملوء وإزالة المكونات غير المائية منه، تاركًا البنية البلورية، على غرار كيفية  تصنيع الجليد XVI، وهو شكل آخر مسامي من الجليد، من هيدرات الكلاثرات . ^{[ 127 ] [ 128 ]}

لإنتاج الجليد  XVII، قام الباحثون أولاً بإنتاج جليد مملوء في طور مستقر يُسمى C0 _من خليط من الهيدروجين (H2 ₎ والماء (H2O ₎ ، باستخدام درجات حرارة تتراوح من 100 إلى 270 كلفن (-173 إلى -3 درجة مئوية؛ -280 إلى 26 درجة فهرنهايت) وضغوط تتراوح من 360 إلى 700 ميجا باسكال (52000 إلى 102000 رطل لكل بوصة مربعة؛ 3600 إلى 6900 ضغط جوي) . وتُعدّ C0 و _C2 أطوارًا صلبة مستقرة لخليط من جزيئات H2 _و H2O _، تتشكل عند ضغوط عالية. ^{[ 127 ] [ 83 ]} وعلى الرغم من أنها تُسمى أحيانًا بالهيدرات الكلاثراتية (أو الكلاثرات)، إلا أنها تفتقر إلى البنية الشبيهة بالقفص الموجودة عادةً في الهيدرات الكلاثراتية، ويُفضل تسميتها بالجليد المملوء. ^{[ 127 ]} يُوضع الجليد المملوء في فراغ، وتُرفع درجة الحرارة تدريجيًا حتى يتحرر الهيدروجين من البنية البلورية. ^{[ 83 ]} إذا حُفظ الجليد في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 110 و120 كلفن (-163 و-153 درجة مئوية؛ -262 و-244 درجة فهرنهايت) ، فبعد ساعتين تقريبًا، ستتخلص البنية من أي جزيئات هيدروجين قابلة للكشف. ^{[ 82 ]} يكون الشكل الناتج شبه مستقر عند ضغط الغرفة عند درجة حرارة أقل من 120 كلفن (-153 درجة مئوية؛ -244 درجة فهرنهايت) ، ولكنه ينهار إلى جليد I _h (جليد عادي) عند رفع درجة حرارته فوق 130 كلفن (-143 درجة مئوية؛ -226 درجة فهرنهايت) . ^{[ 83 ]} يتميز التركيب البلوري بأنه سداسي، والمسام عبارة عن قنوات حلزونية بقطر يبلغ حوالي ^6.10 أنغستروم ( 6.10 × 10⁻¹⁰ متر؛ 2.40 × ^10⁻⁸ بوصة ) . ^{[ 82 ] [ 83 ]}                   

أُفيد في عام 2020 بإمكانية تكوين جليد مكعب الشكل قائم على الماء الثقيل (D₂O ₎  من جليد XVII. ^{[ 32 ]} وقد تم ذلك بتسخين مسحوق جليد XVII المُحضر خصيصًا من D₂O. _[ ^{32 ] وكانت} النتيجة خالية من التشوهات البنيوية مقارنةً بالجليد المكعب القياسي، أو جليد I _sd . ^{[ 32 ]} وقد نُشر هذا الاكتشاف في نفس الوقت تقريبًا الذي أعلنت فيه مجموعة بحثية أخرى عن تمكنها من الحصول على جليد مكعب نقي من D₂O _عن طريق تصنيع جليد مملوء في طور C₂ أولًا _، ثم تخفيف ضغطه. ^{[ 129 ]}  

في غياب مجال كهربائي مطبق، تنتشر أيونات H ⁺ في شبكة O ²⁻ .

عند تطبيق مجال كهربائي، تهاجر أيونات H ⁺ نحو المصعد .

من الخصائص المميزة للجليد فائق الأيونية قدرته على العمل كموصل .

في عام ١٩٨٨، تم التنبؤ بما يُسمى حالة الماء الأيوني الفائق. ^{[ ١٣٠ ]} في الماء الأيوني الفائق، تتفكك جزيئات الماء وتتبلور أيونات الأكسجين في شبكة منتظمة التباعد، بينما تسبح أيونات الهيدروجين بحرية داخل هذه الشبكة. ^{[ ١٣١ ]} تجعل أيونات الهيدروجين المتحركة بحرية الماء الأيوني الفائق موصلاً كهربائياً يكاد يُضاهي موصلية المعادن التقليدية، مما يجعله موصلاً أيونياً فائقاً . ^{[ ٨٤ ]} يظهر الجليد بلون أسود. ^{[ ١٣٢ ] [ ١٣٣ ]} وهو يختلف عن الماء الأيوني ، الذي يُعد حالة سائلة افتراضية تتميز بمزيج غير منتظم من أيونات الهيدروجين والأكسجين.

جاءت الأدلة الأولية من قياسات بصرية للماء المُسخّن بالليزر في خلية سندان ماسية ، ^{[ 134 ]} ومن قياسات بصرية للماء المُعرّض لصدمة ليزرية فائقة القوة. ^{[ 132 ]} وجاء أول دليل قاطع على البنية البلورية لشبكة الأكسجين في الماء فائق التأين من قياسات الأشعة السينية على الماء المُعرّض لصدمة ليزرية، والتي نُشرت في عام 2019. ^{[ 84 ]} في عام 2005، قاد لورانس فريد فريقًا في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) لإعادة تهيئة الظروف المُؤدية إلى تكوين الماء فائق التأين. وباستخدام تقنية تتضمن سحق جزيئات الماء بين الماس وتسخينها بشكل فائق باستخدام الليزر، لاحظوا تحولات في التردد أشارت إلى حدوث انتقال طوري . كما أنشأ الفريق نماذج حاسوبية أشارت إلى أنهم نجحوا بالفعل في إنتاج الماء فائق التأين. ^{[ 135 ]} في عام 2013، نشر هيو ف. ويلسون، ومايكل ل. وونغ، وبوركهارد ميليتزر من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ورقة بحثية تتنبأ بظهور بنية الشبكة المكعبة ذات المراكز الوجهية عند ضغوط أعلى. ^{[ 136 ]} وفي عام 2018، توصل ماريوس ميلوت وزملاؤه إلى أدلة تجريبية إضافية من خلال توليد ضغط عالٍ على الماء بين الماسات، ثم تعريض الماء لصدمة باستخدام نبضة ليزر. ^{[ 132 ] [ 133 ]}

اعتبارًا من عام 2013يُفترض نظرياً أن الجليد فائق الأيونية يمكن أن يمتلك بنيتين بلوريتين. عند ضغوط تتجاوز 50 جيجا باسكال ( 7,300,000 رطل لكل بوصة مربعة ) ، يُتوقع أن يتخذ الجليد فائق الأيونية بنية مكعبة مركزية الجسم . مع ذلك، عند ضغوط تتجاوز 100 جيجا باسكال، ودرجات حرارة أعلى من 2000 كلفن، يُتوقع أن تتحول البنية إلى شبكة مكعبة مركزية الوجوه أكثر استقراراً . ^{[ 136 ]}    

في عام ٢٠١٨، تم تأكيد وجود الجليد فائق الأيونية في المختبر. ولتوليد الضغط المطلوب، ضغط باحثون من مختبر لورانس ليفرمور الوطني كميات صغيرة من الماء بين قطعتين من الماس. عند ضغط ٢٥٠٠ ميجا باسكال ( ٣٦٠٠٠٠ رطل لكل بوصة مربعة) ، تحول الماء إلى جليد من النوع السابع، وهو شكل صلب في درجة حرارة الغرفة. نُقل هذا الجليد، المحصور داخل خلايا سندان الماس ، إلى جامعة روتشستر لتعريضه لشعاع ليزر. ولأقل من جزء من مليار من الثانية، تعرض الجليد لظروف مشابهة لتلك الموجودة داخل وشاح كوكب جليدي عملاق . ارتفعت درجة الحرارة في خلايا الماس آلاف الدرجات، وزاد الضغط إلى أكثر من مليون ضعف ضغط الغلاف الجوي للأرض. ^{[ ١٣٧ ] [ ١٣٨ ]} وخلصت التجربة إلى أن التيار في الماء الموصل كان في الواقع محمولًا بواسطة الأيونات وليس الإلكترونات، مما يشير إلى أن الماء فائق الأيونية. ^{[ 137 ]} استخدمت تجارب أحدث أجراها نفس فريق LLNL علم البلورات بالأشعة السينية على قطرات الماء المصدمة بالليزر لتحديد أن أيونات الأكسجين تدخل في طور مكعب مركزي الوجه، والذي أطلق عليه اسم الجليد XVIII وتم الإبلاغ عنه في مجلة Nature في مايو 2019. ^{[ 84 ]}  

نُشر أول تقرير عن الجليد XIX في عام 2018 من قِبل فريق توماس لورتينغ من النمسا. ^{[ 85 ]} قاموا بتبريد الجليد VI المُشبع بحمض الهيدروكلوريك إلى 77 كلفن عند ضغوط مختلفة تتراوح بين 1.0 و1.8 جيجا باسكال لجمع بيانات المسعر التفاضلي الماسح (DSC)، والطيف العازل ، وطيف رامان ، وأنماط حيود الأشعة السينية . في إشارات DSC، ظهرت خاصية ماصة للحرارة عند حوالي 110 كلفن بالإضافة إلى خاصية امتصاص الحرارة المقابلة لانتقال الجليد XV-VI. علاوة على ذلك، اختلفت أطياف رامان، والخصائص العازلة، ونسبة معلمات الشبكة البلورية عن تلك الخاصة بالجليد XV. بناءً على هذه الملاحظات، اقترحوا وجود طور ثانٍ مُرتب بالهيدروجين للجليد VI، وأطلقوا عليه اسم الجليد بيتا-XV.

في عام ٢٠١٩، جادل ألكسندر روسو-فينسن وكريستوف سالزمان بأنه لا داعي لاعتبار هذه الحالة طورًا جديدًا للجليد، واقترحا سيناريو حالة "زجاجية عميقة". ^{[ ١٣٩ ]} ووفقًا لبيانات المسح الحراري التفاضلي (DSC) الخاصة بهما، فإن حجم الخاصية الماصة للحرارة لا يعتمد فقط على ضغط التبريد السريع والاستعادة، بل يعتمد أيضًا على معدل التسخين ومدة التلدين عند ٩٣ كلفن. كما جمعا أيضًا بيانات حيود النيوترونات لجليد _D₂O VI/XV المُحضر عند ضغوط مختلفة (١.٠، ١.٤، و١.٨ جيجا باسكال ) والمُشبع بكلوريد الديوتيريوم ، والذي تم تحضيره عند ضغوط مختلفة (١.٠، ١.٤، و١.٨ جيجا باسكال)، لإظهار عدم وجود اختلافات جوهرية بينها. وخلصا إلى أن امتصاص الحرارة عند درجات الحرارة المنخفضة ناتج عن خصائص حركية مرتبطة بالتحولات الزجاجية للحالات الزجاجية العميقة للجليد VI غير المنتظم .

أصبح التمييز بين السيناريوهين (طور جديد ذو بنية هيدروجينية منتظمة مقابل جليد VI غير منتظم ذو بنية زجاجية عميقة) سؤالًا مفتوحًا، واستمر النقاش بين المجموعتين. جمع ثوني وآخرون (مجموعة لورتينغ) ^{[ 140 ]} سلسلة أخرى من أطياف رامان لجليد بيتا-XV، وأفادوا بما يلي: (أ) يحتوي جليد XV المُحضر وفقًا للبروتوكول المذكور سابقًا على نطاقات من كلٍّ من جليد XV وجليد بيتا-XV؛ (ب) عند التسخين، أظهرت أطياف رامان لجليد بيتا-XV فقدانًا للبنية الهيدروجينية المنتظمة. في المقابل، دافعت مجموعة سالزمان مجددًا عن إمكانية وجود سيناريو "الحالة الزجاجية العميقة" استنادًا إلى تجارب حيود النيوترونات وتشتت النيوترونات غير المرن. ^{[ 141 ]} بناءً على نتائجهم التجريبية، يتشارك جليد VI وجليد VI ذو البنية الزجاجية العميقة في خصائص متشابهة جدًا استنادًا إلى تجارب التشتت المرن (الحيود) والتشتت غير المرن، ويختلفان عن خصائص جليد XV.

في عام 2021، قدمت ثلاث مجموعات بحثية، كلٌ على حدة، أدلة بلورية إضافية على وجود طور جديد (الجليد XIX): ياماني وآخرون (مجموعة هيرويوكي كاجي وكازوكي كوماتسو من اليابان)، وجاسر وآخرون (مجموعة لورتينغ)، ومجموعة سالزمان. جمع ياماني وآخرون ^{[ 87 ]} بيانات حيود النيوترونات في الموقع ( أي تحت ضغط عالٍ) ووجدوا خصائص براغ جديدة تختلف تمامًا عن كلٍ من الجليد VI والجليد XV. وقد أجروا تحسينًا لبيانات حيود النيوترونات باستخدام طريقة ريتفيلد.${\displaystyle {\sqrt {2}}\times {\sqrt {2}}\times 1}$قام الباحثون بدراسة الخلية الفائقة للجليد XV واقترحوا بعض المرشحين الرئيسيين للمجموعة الفراغية للجليد XIX: P-4، Pca21، Pcc2، P21/a، وP21/c. كما قاموا بقياس الأطياف العازلة في الموقع وحددوا حدود الطور للجليد VI/XV/XIX. ووجدوا أن إشارة ميل الحد تتحول من موجبة إلى سالبة عند 1.6 جيجا باسكال، مما يشير إلى وجود طورين مختلفين وفقًا لعلاقة كلاوزيوس-كلابيرون .

قام جاسر وآخرون ^{[ 142 ]} أيضًا بجمع مخططات حيود النيوترونات لمساحيق الجليد VI وXV وXIX المُستعاد بالتبريد السريع، ووجدوا خصائص بلورية مماثلة لتلك التي أوردها ياماني وآخرون، وخلصوا إلى أن P-4 وPcc2 هما المرشحان المحتملان للمجموعات الفراغية. أشارت نتائج كل من ياماني وآخرون وجاسر وآخرون إلى بنية مرتبة جزئيًا بالهيدروجين. كما وجد جاسر وآخرون تأثيرًا نظائريًا باستخدام المسعر التفاضلي الماسح (DSC)؛ حيث كان امتصاص الحرارة عند درجة الحرارة المنخفضة لجليد D₂O المُطعّم بـ DCl _{أصغر بكثير من نظيره في جليد H₂O} المُطعّم بـ HCl ، وأن تطعيم D₂O بنسبة 0.5% من H₂O _{كافٍ لانتقال} الترتيب .

بعد عدة أشهر، نشر سالزمان وزملاؤه ورقة بحثية استندت إلى تجارب حيود النيوترونات المسحوقية في الموقع للجليد XIX. ^{[ 143 ]} وفي تغيير عن تقاريرهم السابقة، تبنوا فكرة الطور الجديد (الجليد XIX) نظرًا لملاحظتهم سمات مشابهة للتقريرين السابقين. مع ذلك، قاموا بتحسين بيانات الحيود الخاصة بهم استنادًا إلى نموذج بنيوي غير منتظم (Pbcn)، وجادلوا بأن انعكاسات براغ الجديدة يمكن تفسيرها بتشوهات الجليد VI، لذا لا يزال من الممكن اعتبار الجليد XIX حالة زجاجية عميقة للجليد VI. ولا يزال التركيب البلوري للجليد XIX، بما في ذلك ترتيب/عدم ترتيب الهيدروجين، محل نقاش حتى عام 2022.

الجليد البلاستيكي السابع ^{[ 64 ]} هو طورٌ مُكتشفٌ حديثًا من جليد الماء، يتميز ببنية بلورية تحافظ فيها جزيئات الماء على مواقعها الثابتة، لكنها تدور بحرية، مُظهرةً ديناميكيات دورانية شبيهة بالسوائل. تم اكتشاف هذا الطور من خلال تجارب تشتت النيوترونات شبه المرن (QENS) عند ضغوط تزيد عن 4 جيجا باسكال ودرجات حرارة تزيد عن 470 كلفن، ويحافظ على الشبكة المكعبة مركزية الجسم للجليد السابع، مع السماح بإعادة توجيه جزيئية سريعة على نطاق زمني بيكوثانية. على عكس أطوار الدوران الحر، تحدث الحركة الدورانية في الجليد البلاستيكي السابع عبر قفزات منفصلة بين اتجاهات مُفضلة يُمليها المجال البلوري. يُحقق اكتشافه تنبؤاتٍ قديمة من محاكاة الديناميكيات الجزيئية ^{[ 144 ] [ 145 ]} ، ويُشير إلى آثار محتملة على الديناميكيات الداخلية وتمايز الكواكب والأقمار الجليدية.

جميع الجليد تقريبًا في الغلاف الحيوي هو جليد I _h (يُنطق: "جليد واحد h" ويُعرف أيضًا باسم "جليد الطور الأول"). يتميز جليد I _h بخصائص فريدة عديدة ذات صلة بوجود الحياة وتنظيم المناخ العالمي . ^{[ 146 ]} على سبيل المثال، كثافته أقل من كثافة الماء السائل . يُعزى ذلك إلى وجود روابط هيدروجينية تُقرّب الذرات من بعضها في الحالة السائلة. ^{[ 147 ]} لهذا السبب، يطفو جليد I _h على الماء، وهو أمر غير معتاد مقارنةً بالمواد الأخرى. عادةً ما تكون الحالة الصلبة للمواد أكثر كثافة وتراصًا من الحالة السائلة. عندما تتجمد البحيرات، يحدث ذلك فقط على السطح، بينما يبقى قاع البحيرة عند درجة حرارة تقارب 4 درجات مئوية (277 كلفن؛ 39 درجة فهرنهايت) لأن الماء يكون في أقصى كثافته عند هذه الدرجة. هذا السلوك الشاذ للماء والجليد هو ما يسمح للأسماك بالبقاء على قيد الحياة خلال فصول الشتاء القاسية. تزداد كثافة الجليد I _h عند تبريده، حتى حوالي -211 درجة مئوية (62 كلفن؛ -348 درجة فهرنهايت) ؛ وتحت هذه الدرجة، يتمدد الجليد مرة أخرى ( تمدد حراري سالب ). ^{[ 7 ] [ 8 ]}      

إلى جانب الجليد I _h ، قد توجد كمية ضئيلة من الجليد I _c أحيانًا في سحب الغلاف الجوي العلوي. ^{[ 148 ]} ويُعتقد أنه مسؤول عن رصد هالة شاينر ، وهي حلقة نادرة تظهر على بُعد 28 درجة تقريبًا من الشمس أو القمر. ^{[ 149 ]} مع ذلك، تبين لاحقًا أن العديد من عينات الغلاف الجوي التي وُصفت سابقًا بأنها جليد مكعب هي في الواقع جليد غير منتظم التراص ذو تناظر ثلاثي، ^{[ 150 ] [ 151 ] [ 152 ]} وقد أُطلق عليه لقب "أكثر أطوار الجليد تعددًا في الأوجه، سواء بالمعنى الحرفي أو بالمعنى الأعم". ^{[ 153 ]} لم تُسجل أولى العينات الحقيقية للجليد المكعب إلا في عام 2020. ^{[ 33 ] [ 129 ]}

قد يكون الماء الزجاجي فائق التبريد منخفض الكثافة (LDA) مسؤولاً عن السحب الليلية المتلألئة على الأرض، ويتشكل عادةً نتيجة ترسب بخار الماء في ظروف باردة أو فراغية. تتشكل السحب الجليدية عند مستوى الميزوبوز في خطوط العرض العليا للأرض (حوالي 90  كم) وما دونه، حيث لوحظ انخفاض درجات الحرارة إلى أقل من 100 كلفن. ^{[ 154 ]} وقد أشير إلى أن التكوين المتجانس لجزيئات الجليد ينتج عنه جليد غير متبلور منخفض الكثافة. ^{[ 155 ]} من المرجح أن يقتصر وجود الجليد غير المتبلور على أبرد أجزاء السحب، ويُعتقد أن الجليد غير المنتظم المتراكم هو السائد في أجزاء أخرى من هذه السحب الميزوسفيرية القطبية . ^{[ 156 ]}

في عام ٢٠١٨، تم اكتشاف الجليد السابع ضمن شوائب موجودة في الماس الطبيعي . ^{[ ١٥٧ ]} وبناءً على هذا الدليل على وجود الجليد السابع في الطبيعة، صنّفت الجمعية الدولية للمعادن الجليد السابع كمعدن مستقل . ^{[ ١٥٨ ]} يُفترض أن الجليد السابع قد تشكّل عندما احتفظ الماء المحصور داخل الماس بضغط عالٍ من الوشاح العميق بفضل قوة وصلابة شبكة الماس، ولكنه برد إلى درجات حرارة السطح، مما أدى إلى توفير بيئة الضغط العالي المطلوبة دون ارتفاع درجة الحرارة. ^{[ ١٥٩ ]}

يُعتقد أن الجليد XI أكثر استقرارًا من الجليد I _h ، ولذا يُحتمل تكوّنه على الأرض. مع ذلك، فإن عملية التحوّل بطيئة للغاية. وفقًا لأحد التقارير، يُقدّر أن تكوّنه في ظروف القطب الجنوبي يستغرق 100,000 عام على الأقل دون مساعدة عوامل محفزة. تم البحث عن الجليد XI وعُثر عليه في جليد القطب الجنوبي الذي كان عمره حوالي 100 عام في عام 1998. ^{[ 160 ]} إلا أن دراسة أخرى أُجريت عام 2004 لم تتمكن من تأكيد هذه النتيجة، وذلك بعد دراسة جليد القطب الجنوبي الذي كان عمره حوالي 3000 عام. ^{[ 161 ]} كما زعمت دراسة القطب الجنوبي لعام 1998 أن درجة حرارة التحوّل (الجليد XI => الجليد I _h ) هي -36 درجة مئوية (237 كلفن) ، وهي أعلى بكثير من درجة حرارة النقطة الثلاثية المتوقعة المذكورة أعلاه (72 كلفن، ~0 باسكال). وُجد الجليد XI أيضًا في تجارب أُجريت باستخدام الماء النقي عند درجة حرارة منخفضة جدًا (حوالي 10 كلفن) وضغط منخفض ، وهي ظروف يُعتقد أنها موجودة في طبقات الجو العليا. ^{[ 162 ]} ومؤخرًا، وُجدت نطاقات صغيرة من الجليد XI تتشكل في الماء النقي؛ وحدث تحوله الطوري إلى الجليد I _h عند 72 كلفن تحت ظروف ضغط هيدروستاتيكي يصل إلى 70 ميجا باسكال. ^{[ 163 ]}      

يُستخدم الجليد غير المتبلور في بعض التجارب العلمية، وخاصة في المجهر الإلكتروني فائق البرودة للجزيئات الحيوية. ^{[ 164 ]} ويمكن الحفاظ على الجزيئات الفردية للتصوير في حالة قريبة من حالتها في الماء السائل.

يستطيع الجليد  XVII امتصاص جزيئات الهيدروجين وإطلاقها بشكل متكرر دون أن تتدهور بنيته. ^{[ 82 ]} تعتمد كمية الهيدروجين التي  يستطيع الجليد XVII امتصاصها على مقدار الضغط المُطبق، ولكن يمكن امتصاص جزيئات الهيدروجين بواسطة الجليد  XVII حتى عند ضغوط منخفضة تصل إلى بضعة مليبار ^{[ a ]} إذا كانت درجة الحرارة أقل من 40 كلفن (-233.2 درجة مئوية؛ -387.7 درجة فهرنهايت) . ^{[ 82 ]} يمكن بعد ذلك إطلاق جزيئات الهيدروجين الممتصة، أو فصلها ، عن طريق تطبيق الحرارة. ^{[ 165 ]} كانت هذه خاصية غير متوقعة للجليد XVII، وقد تسمح باستخدامه لتخزين الهيدروجين ، وهي مسألة تُذكر كثيرًا في مجال التكنولوجيا البيئية . ^{[ 165 ]}    

إلى جانب تخزين الهيدروجين عن طريق الضغط أو التسييل ، يمكن أيضًا تخزينه داخل مادة صلبة، إما عبر عملية كيميائية عكسية ( الامتزاز الكيميائي ) أو عن طريق ارتباط جزيئات الهيدروجين بالمادة عبر قوى فان دير فالس ( الامتزاز الفيزيائي ). يمكن أن تحدث العملية الأخيرة داخل الجليد  XVII. ^{[ 165 ]} في الامتزاز الفيزيائي، لا يحدث تفاعل كيميائي، وتبقى الرابطة الكيميائية بين ذرتي الهيدروجين داخل جزيء الهيدروجين سليمة. ولهذا السبب، فإن عدد دورات الامتزاز والتحلل التي يمكن أن يتحملها الجليد  XVII "نظريًا لانهائي". ^{[ 165 ]}

إحدى المزايا الهامة لاستخدام الجليد  XVII كوسيط لتخزين الهيدروجين هي انخفاض تكلفة المادتين الكيميائيتين الوحيدتين المستخدمتين: الهيدروجين والماء. [ ^{165 ] إضافةً} إلى ذلك،  أظهر الجليد XVII قدرةً على تخزين الهيدروجين بنسبة مولية _{للهيدروجين} إلى الماء _تتجاوز 40% ، وهي نسبة أعلى من النسبة القصوى النظرية لهيدرات الكلاثرات من النوع sII ، وهي وسيط تخزين محتمل آخر. ^{[ 82 ]} مع ذلك، إذا استُخدم الجليد XVII كوسيط تخزين، فيجب حفظه عند درجة حرارة أقل من 130 كلفن (-143 درجة مئوية؛ -226 درجة فهرنهايت) وإلا فإنه يُصبح غير مستقر. ^{[ 165 ]}    

في الفضاء الخارجي، يُعدّ الجليد البلوري سداسي الشكل (الشكل السائد على الأرض) نادرًا للغاية. وترتبط الأمثلة المعروفة عادةً بالنشاط البركاني. ^{[ 166 ]} أما الماء في الوسط بين النجوم، فيُهيمن عليه الجليد غير المتبلور، مما يجعله على الأرجح الشكل الأكثر شيوعًا للماء في الكون. ^{[ 167 ] [ 37 ]}

يمكن التمييز بين الجليد غير المتبلور والجليد المتبلور بناءً على طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة تحت الحمراء. عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة، تعتمد خصائص خطوط امتصاص الماء عند 1.65 و3.1 و4.53 ميكرومتر على درجة حرارة الجليد وترتيب بلوراته. ^{[ 168 ]} تُعدّ شدة ذروة النطاق عند 1.65 ميكرومتر، بالإضافة إلى بنية النطاق عند 3.1 ميكرومتر، مفيدةً بشكل خاص في تحديد درجة تبلور جليد الماء. ^{[ 169 ] [ 170 ]}   

عند أطوال موجية أطول في نطاق الأشعة تحت الحمراء، يتميز الجليد غير المتبلور والجليد المتبلور بنطاقات امتصاص مختلفة عند 44 و62  ميكرومتر، حيث يمتص الجليد المتبلور كمية كبيرة من الضوء عند 62  ميكرومتر، بينما لا يمتص الجليد غير المتبلور هذه الكمية. ^{[ 171 ]} إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام هذه النطاقات كمؤشر لدرجة الحرارة عند درجات حرارة منخفضة جدًا، حيث  تفشل المؤشرات الأخرى (مثل نطاقي 3.1 و12 ميكرومتر). ^{[ 172 ]} يُعد هذا مفيدًا لدراسة الجليد في الوسط بين النجوم والأقراص المحيطة بالنجوم. مع ذلك، يصعب رصد هذه الخصائص لأن الغلاف الجوي معتم عند هذه الأطوال الموجية، مما يستلزم استخدام مراصد فضائية تعمل بالأشعة تحت الحمراء.