雪花生长机密


文章出自:博物 2014年第02期 作者: 张超 

标签: 自然探奇   博物广知   

在《博物》2014年1月号《雪之猎人》中,作者不但追逐着云团跑,而且也能根据温度和湿度,推算出大概什么样的雪花将要飘落。这种“神技”是怎样炼成的?他是怎么知道,在什么样的环境中,会遇到什么形态的雪花呢?
窗户上的“窗花”(摄影/唐志远)
冰箱里生成的“雪花”

家族谱和生长史

怎样才能“生长”出不同形态的雪花?

水的分子结构,决定了雪花六边六角的特性。但生长速度的快慢,以及先生长哪部分,是“躯干”还是“四肢”,是生成枝枝丫丫的雪“花”,还是长得像护心镜一样的正六边形,这都要靠外界环境说了算。

在20世纪五六十年代的日本,出现了一批大神级别的“雪花人”——以中谷宇吉郎为首的北海道大学学者们,专注于低温水结晶的研究,最终做出了两张图:其中一张是雪花家族的谱系,基本上我们常见的雪花,都可以用这张家族表来对号入座;另一张图是雪花的生长史,它告诉我们为何雪花出落得规规矩矩而又千奇百怪。在“雪花生长史”图中,横纵坐标分别是两项最重要的环境指标,也就是造就雪花不同形态的秘密所在。

水汽多少

雪“花”VS.护心镜

既然从根本上来说,雪花是水构成的,那么环境中的水汽是否充足,就是影响雪花形成最重要的条件之一。倘若缺少水汽,雪花在缺衣少食的环境下成长,不但整体生长速度缓慢,很难长成大雪花,而且六个角六个边生长速度差异不大,到最后,就会变成六边形,而没有太多枝杈。如果周围水汽超级充足,雪花能够“吃饱”,那么它就进入快速生长模式:六个尖角比六个平边更容易接触到水分子,所以尖角就会迅速生出枝杈。由此可见,呈“花”状的雪花,基本是在水汽充足的环境下长大的。

温度高低

六棱柱VS.扁平脸

除了受到水汽影响,雪花的形状与温度的关系也密不可分。水冰晶生长过程中,先往哪个方向长,就是温度决定的。在冰晶很小的时候,基本都是六边形的小片,如果温度低于-20℃,那么它会越长越厚,在-10℃~-20℃之间,它喜欢长得扁平。同样,在-5℃~-10℃时,雪花往厚了长,而在0℃~-5℃之间,它又喜欢往扁平长。所以在上一期杂志中,“雪之猎人”在-15℃时遇到了“圣诞雪花”。

责任编辑 / 王辰 

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