雪花朵朵开

2011-01-01 00:00:00
科学大众·小诺贝尔 2011年2期


  
  
  雪花的独特形态
  
  雪花的形状极多,而且十分美丽。如果把雪花放在放大镜下,可以发现每片雪花都是一幅极其精美的图案,连许多艺术家都赞叹不止。那么,各种各样的雪花形状是怎样形成的呢?
  原来,雪花是由小冰晶增大变来的。而冰晶的基本模式是六角形,因而形成雪花多是六角形的。作为雪花“胚胎”的小冰晶,又主要有两种形状。一种呈六棱体状,长而细,叫柱晶,但有时它的两端是尖的,样子像一根针,所以也叫针晶。另一种则呈六角形的薄片状,就像从六棱铅笔上切下来的薄片那样,叫片晶。
  如果周围空气的湿度比较低,冰晶便生长得很慢,并且各边都在均匀地长大。如果空气湿度很低,冰花因水分升华而减小。它仍然会保持着原来的样子,分别被叫做柱状、针状和片状的雪晶。
  如果周围空气的湿度比较大,那么冰晶在生长过程中不仅体积会增大,而且形状也会变化,最常见的是由片状变为星状。
  
  想找到完全一样的雪花,很难
  
  细心的同学会发现,任意两片雪花,它们的形状虽然看上去大体一样,但并不完全相同。这是因为冰晶从云中下降时,运动姿态不同,冰晶的各个枝杈接触水汽的多少也有所不同,各个枝杈生长速度也不一样。所以,想找到完全一模一样的雪花,也不是容易的事情。
  在雪花下降时,各个雪花也很容易互相攀附并合在一起,成为更大的雪片。雪花的并合大多在以下3种情况下出现:
  1.当温度低于0℃时,雪花在缓慢下降的途中相撞。碰撞产生了压力和热,使相撞部分有些融化而彼此沾附在一起,随后这些融化的水又立即冻结起来。这样,两个雪花就并合到一起了。
  2,在温度略高于0℃时,雪花上本来已覆有一层水膜,这时如果两个雪花相碰,便借着水的表面张力而沾合在一起。
  3.如果雪花的枝叉很复杂,则两个雪花也可以只因简单的攀连而相挂在一起。
  雪花从云中下降到地面,路途很长,在条件适合时,可以经多次攀连并合而变得很大。在降大雪的时候,有时有一些鹅毛般的大雪片,就是经过多次并合而成的。
  但是,有时雪花互碰时不是互相并合在一起,而是给碰破了,这时便产生一些畸形的雪花。例如,在降雪的时候,有时会见到一些单个的“星枝”,就属于这种情况。
  
  雪是植物的棉被
  
  冬天,雪花掉落到头上、身上、手上,感觉凉凉的。可是,如果雪下到农田里,却可以帮助庄稼防寒呢!为什么这么冷的东西,还能起防寒的作用呢?这其实和人类穿棉袄的道理差不多。
  冬天穿上棉袄很暖和。这是因为棉花的孔隙度很高,里面都充满着空气。这些空气很难对流,不会把热量带走;同时,空气的导热性能很差,这层空气阻止了人体的热量向外扩散。覆盖在地球上的积雪很像棉花,雪花之间的孔隙度很高,就是孔隙里的这层空气,保护了地面温度不会降得很低。
  当然,积雪的保温功能是随着它的密度而随时变化的。这就像穿着新棉袄特别暖和,旧棉袄就不太暖和的情况一样。新雪的密度低,贮藏在里面的空气就多,保温作用就显得特别强。积雪时间长了后,就像旧棉袄似的,里面的空隙被堵、被压,减少了,贮藏在里面的空气也少,保温作用就弱了。
  
  下雪冷,化雪时更冷
  
  下雪的时候很冷,当雪后太阳出来的时候,更冷。这是为什么呢?这是因为太阳出来后,雪就会融化。积雪的消融需要消耗大量的热。需要多少的热量呢?有科学家做过实验,把1克零度的雪融化成为零度的水,需要热量79.67卡。换句话说,这些热量可以把同样重量的零度的水,升温到79.67℃。由于融雪需要消耗大气中的大量热量,因此,化雪的时候感觉更加寒