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雪花何以形成不同形态?

标签:女网问答 | 来源:中国气象报 | 作者:刘钊

提起雪花的形态,大多数人想到的形象是常用于装饰的对称六角星。的确,六角星是雪花最常见的“造型”。早在西汉时期,人们就观察到了雪花这种独特的形态,并留下“凡草木花多五出,雪花独六出”的记载。但如果仔细观察,便能发现雪花的形态其实极为多样。

第一个系统研究雪花的形态,并尝试为其分类的日本学者中谷宇吉郎有雪博士的雅号。从1930年开始,他为雪花拍了将近3000张照片,通过这些照片把雪花分成7大类和之下的若干小分支。这七大类包括:针状晶体、柱状晶体、片状晶体、柱状和片状组合晶体、带延展平面的柱状晶体、霜晶和不规则晶体。

2006年,物理学家肯内特·G·利布瑞克特(Kenneth G. Libbrecht)出版了一本关于雪花的指南。在书中,他将雪花划分为35类,最常见的雪花都在这些分类中了。但雪花的分类“扩军”并未就此终止。目前的雪花分类已经达到120种以上,且仍在不断扩大的过程中。一方面,雪花的形态分类十分复杂,几乎每个研究者都有自己的思路,另一方面,雪花的形态确实太多变了。

为何雪花能以如此多样的面貌出现,这还要从雪花的形成过程说起。

和最常见的由水凝固成冰不同,雪花是由空中的水汽直接凝华而成的。当气温降低,空中水汽过饱和,便在结晶核(如尘埃)上开始结晶,然后逐步长大形成雪花。

不管形态如何,雪花的结晶始终是水分子结合的过程。在水分子中,两个氢原子在两侧,一个氧原子居中,呈现如同人类弯曲的腿部一样的形态。而水分子的结合则是由不同水分子的氧原子与氢原子连接在一起。当6个水分子结合在一起后,最终会形成一个更大的六边形。以此类推,再形成更大的六边形。

但雪花最常见的形态并非六边形,而是六角星。这是因为水分子在结合时,六边形的顶点更为“粗糙”,容易吸引更多的水分子,顶点处成长更快,最终形成了六个尖尖的角。

理论虽然如此,但在现实中,雪花总是呈现千变万化的样貌。这主要是因为雪花在形成过程中并非处于绝对理想的环境下,总会受到周围环境的影响。温度的高低、云中水汽含量的多寡、气流的变化,每一种原因都可能影响“脆弱”的雪花形态发生剧烈改变。

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  • 编辑:李凌霄 ????2020-01-08

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