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为什么不是雪“草”雪“树”,而是雪“花”?

发布时间:2024-11-27 05:50:54 来源:重庆市科学技术协会 字号: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

雪是大自然送给人们的一份洁白的礼物,如果你只是躲在温暖的屋里,透过玻璃窗看飘落的雪花,你一定体会不到从天而降的惊喜。有的时候雪如砂糖,落下来噼噼啪啪,小雪球落在地上就弹跳开来,打在衣服上则沙沙作响;还有的时候雪如冰晶,在路灯下闪闪发光犹如钻石星尘……

当最后一片雪花掉落地面融化,你是否想过:为什么是雪“花”?

图源:Pixabay

如果下雪时仔细观察,便会觉出每场雪的感觉并不都一样。比如有时天上静静飘落下鹅毛般的“雪团”,落在地上蓬松如棉絮,也有的时候天上细雪纷飞,细看是一个个小雪花独自在空中飘舞落下,还有的时候雪如粉尘,细细落在身上都是小白点,地上也如粉笔末一般铺满一层。下雨只有一种,而下雪却是千变万化。探寻其中的原因,还要从微观的角度去理解:不同的环境形成不同的雪花,降雪的模样也便不尽相同。

天寒地冻长雪花

李白说,燕山雪花大如席,片片吹落轩辕台。这如席子的雪其实并非雪花,而是雪片。一团雪片由少则几枚,多则上百枚的雪花组成,俗称为“鹅毛雪”。这些雪花形态呈细六瓣,有时还有复杂的分支,每一个花瓣看起来如同树枝,这使得这些雪花能够相互勾连,粘连在一起。鹅毛雪的形成对环境要求颇高,一般来说在温度湿度都较高时容易出现,比如我曾经在立春日前后,在新疆伊犁河谷遇到过巴掌大小的鹅毛雪。

雪花的形态主要依赖于生长环境的温度和湿度,比如在极冷的环境中,容易形成六棱柱状的雪花,往往被人们叫做钻石尘;

-15℃左右是6瓣雪花形成的主要环境,在-5℃左右则会出现针形雪花以及六边形雪花。

而不同湿度影响了雪花的具体形状,比如同在-15℃环境中,湿度较低的时候形成宽瓣6瓣雪花,而在湿度较高时形成细6瓣雪花,如果湿度更大,水汽更充沛,就会形成拥有复杂分支的大雪花。

最大的雪花能有多大呢?我曾经亲眼见过直径在1厘米的巨大雪花,号称雪花中的“怪兽”,然而在历史记录中,曾有过直径30厘米的雪花,不过并没有留下照片证据。

雪花的游记

如今世界上有一些实验室可以人工制作雪花,只要改变温度和湿度,不同的雪花就会凝结出来。不过即便实验室再好,做出的雪花也远不如自然界中的那般复杂。为什么呢?雪花不会在一个固定的环境形成,随着雪花的上下翻飞,生长环境不断发生变化。

比如一个本来是六边形的雪花,来到一个湿度高、温度高的环境下,就在原基础上长出了细细树枝般的结构,若是再来到一个湿度较低的环境下,就会在每个分支顶端再长出一个六边形的装饰物,这样一枚复杂的雪花才真正完成。如果一个雪花小时候在低温或干燥环境下生长,就会长成棱柱形,如果它再到相对高温的地方旅游一番,就会形成“线轴”的形状。

图源:Pixabay

然而对于一片雪花来说,这样描述仅仅是它旅途描绘的一个梗概,更多的故事细节还远远没有描述出来。雪花的形态千变万化,而在显微镜下,雪花更神奇的在于其内部的纹路和结构。同心纹路、辐射纹路、可爱的小气泡、花边结构、冻滴、卷边……各种特征让每一片雪花都变得如此不同。

就拿冻滴来举例子,它是雪花下落中粘上的小冰粒,看上去像是给雪花镶上了一层珍珠。由于冰粒的加盟,雪花变得很重,因而下落速度很快,而且相互之间没有粘连,这就是前面所说的那种形如砂糖的雪。

看我七十二变

人们总说,雪花是六出飞花,6瓣是雪花统一的特征。实际上呢?不是6瓣的雪花种类也不少。

在历史记录中,人们通过手绘记录下12瓣、18瓣甚至24瓣的雪花,它们到底是如何形成的,现在学术上仍有很多不同观点。其中一种观点认为,双核冰晶可能是形成多瓣雪花的原因,这种双核冰晶具有“工”字形的双层结构,因为电磁力的影响,上下两层角度有一定交错,当它们继续生长就形成了12瓣雪花。

除了12瓣之外,3瓣雪花是比较神奇的一种了。3瓣雪花并非是6瓣雪花折损而成,而是天生的三角形,或者三叶草形。这类雪花的形成主要是由于最初的冰晶有一定破缺,当它继续生长时,受到重力影响,六个角不再受到相同的待遇,最后长成了三角形的模样,如果进一步生长,就会形成三叶草形。

到此有人会问,雪花都有可能出现几瓣的呢?到目前发现的雪花中,有左右对称的2瓣和4瓣,辐射对称的3瓣、6瓣、12瓣、18瓣等,它们或是双数,或与6相关,这是因为用于搭建雪花的砖瓦——水分子拥有统一的“形态”,它们聚集而成的晶体也具有类似的形态,这种宏观和微观形态的类似,就是所谓的“分形”,如果用通俗的话说,就是万变不离其宗。

最后一片雪

如果你刚刚错过最后一场雪,这不能成为拒绝窥探雪花秘密的借口,有冰箱就能“种出”雪花!

材料就在你身边:一个纸杯、一块塑料泡沫、若干枚长针、一些纸巾。

你需要这样做:

1. 把纸巾沾上水,放在纸杯底部。

2. 把若干枚针扎透泡沫塑料,露出长长的针尖。

3. 针尖冲下,把塑料泡沫盖在杯子上。

4. 把杯子放在冰箱的冷冻室里。

5. 等待……

6.大约15分钟后,拿出杯子,打开泡沫塑料盖子,就可以看见针上的雪花。

供稿单位:重庆科技馆

作者:张超,科普作家。

审核专家:黄河、李春黎、陈涛、徐晓萍。

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