又到了全国各地约好了下雪的季节,你那里下雪了吗?
雪花纷纷扬扬地落下,让人不禁想起了《世说新语》中记载东晋名臣谢安的那灵魂一问:“白雪纷纷何所似?”
自古人们就喜欢用美好的词汇来比喻雪,雪花像盐巴、像白糖、像鹅毛......如果你专门留意过,会发现大部分雪花都是六瓣状。
雪花都是六瓣的吗?雪落下的时候,为什么会形成这个形状?有两片相同的雪花吗?这就要从雪花的形成过程说起。
雪花的形成:冰晶主轴与辅轴的“赛跑”
早在西汉时期就有人总结道:“凡草木花多五出,雪花独六出”。而现在,借助于先进的摄影技术我们能够观察到,雪花的形状各异,但大部分都是六瓣状。
雪花的本质是冰晶,冰晶是水汽在冰核上凝华增长而形成的固态水合物,是雪花形成时的必要介质,可以看作是幼年期的雪花。随着冰晶的长大,多姿多样的雪花也就形成了。
谚语里面有句“下雪不冷化雪冷”,说的就是空气中的水分遇冷放热凝结成冰晶,而雪融化的时候会吸热变成水,所以会使下雪的时候气温高于化雪的时候。
雪花不会自己凭空产生,它必须依托同温层以下空气中一颗颗肉眼看不到的微尘粒子做“晶核”。晶核是以一些尘埃为中心,与气态水分子一起在较低的温度下形成的一个物质集团,就像磁石一样,能够不断吸附周围的气态的水分子过来。
让水分子围着它一层又一层地凝结、不断生长变大为固态,完成相变。晶核生长的形状有两种趋势:一种是长而细的六棱柱形柱晶,有时它也会两头尖尖,有如一根针,我们称其为“针晶”;另一种是很薄的,就像用小刀切下来的薄皮状铅笔屑一样的六边形片晶。
冰晶主轴的凝结受这些因素的影响
在了解冰晶的生长机制后,我们再看看影响雪花主轴生长速度的因素。雪花主轴生长主要受温度和湿度的影响。
首先,温度会影响冰晶的凝结速度。
温度特别低的时候,冰晶没有生长的机会,就会形成很小的雪晶,单个冰晶甚至很难被肉眼直接观察。
在零下 30℃ 时,冰晶会凝结成针状,而接近 0℃ 时,雪花的基面大多会生长为六边形。
其次,湿度也会对凝结速度产生影响。
湿度主要由云层中的水汽含量决定,如果空气湿度比较低,那么冰晶生长得就会很慢,大多会形成柱晶、针晶和片晶三种基本形状,例如片状、粉末状雪花;
而当空气湿度较高的时候,冰晶在生长的时候就会发生形状的变化,比如形成我们熟悉的星形雪花。
这样我们就可以梳理一下雪花的形成过程了。
前文已经提到,冰晶是由空气中的水汽凝结形成的,在冰晶生长的时候,会消耗周围的水汽,导致冰晶周围的水汽浓度下降。
水汽向冰晶所在处扩散,新的水汽首先遇到冰晶的突出和角棱部分并在此凝结,使冰晶得到增长,并使突出部分逐渐成长为枝杈状。
之后,因为相同的原因在枝杈和角棱处长出新的枝杈和角棱,逐渐形成我们熟悉的星状雪花。
在上述理论支撑下,星状雪花的相对部位应当是对称的,形状、大小应该是相同的。
但在大气中,雪花不会像上述那样有序地生长,而会受到气流、空气成分等的影响,形状也不会那么规则。
此外,冰晶在形成过程中是在不断运动的,所处的温度和湿度不断变化,会从适宜于形成这种形状的环境降到适宜于形成另一种形状的环境。
比如雪花各个部位接触到的水汽有所不同,接触水汽多的地方生长得快、少的地方生长得慢,于是便形成了各种不同的雪花形状。
此外,科学家通过实验表明,在只有水蒸气的真空空间里形成的冰晶几乎都是单 *** 柱体,这表明空气中的其他气体也会影响雪花的形成。
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