雪花是怎样形成的

1997年后的第一天上班，许多地方都欢迎春雪，尤其是在皇城这样连续107天没有有效降水的地方。这场雪真令人兴奋。雪花是如何形成的？为什么是六边形的？

编者按:在一年后的第一天上班，许多地方都欢迎春雪，尤其是在皇城这样连续107天没有有效降水的地方。这场雪真令人兴奋。雪花是如何形成的？为什么是六边形的？让我们从一个有趣的小故事开始:

1773年冬天，俄罗斯彼得堡的一家报纸报道了一个非常有趣的故事。在一个舞厅里，由于人数众多和点燃了数百支蜡烛，大厅又热又闷，生病的女士们几乎在欢乐之神面前晕倒。这时，一个年轻人跳到窗台上，用拳头打碎了玻璃。结果，舞厅里发生了意想不到的奇迹。美丽的雪花随着窗外的冷空气在大厅里翩翩起舞，落在闷热的人们的头发和手上。有人好奇地冲出舞厅，想看看外面是否下雪。令人惊讶的是，天空布满星星，新月像水一样银色。

那么，大厅里的雪花是从哪里来的呢？有人在玩魔法吗？这从雪花形成的条件开始。

雪花是如何形成的？

空气运动中的水蒸气如何形成天空中的降雪？如果温度低于零度可以吗？不，水蒸气要结晶，必须满足两个条件才能形成降雪:

一个条件是水蒸气饱和。空气在一定温度下所能容纳的最大水蒸气量被称为饱和水蒸气。空气达到饱和的温度称为露点。当饱和空气冷却到露点以下时，空气中多余的水蒸气会变成水滴或冰晶。因为冰表面的饱和水蒸气含量低于水表面的饱和水蒸气含量，所以冰晶生长所需的水蒸气饱和度低于水滴。换句话说，只有当相对湿度(相对湿度是指在相同温度下空气中的实际水蒸气压力与空气中的饱和水蒸气压力之比)不小于100%时，水滴才能生长。另一方面，即使相对湿度低于100%，冰晶也会生长。例如，当气温为-20℃时，相对湿度仅为80%，冰晶可以生长。温度越低，冰晶生长所需的湿度越小。因此，在高海拔和低温环境中，冰晶比水滴更容易产生。

另一个条件是空气中必须有凝结核。有些人做过实验。如果没有凝结核，空气中的水蒸气在凝结成水滴之前会过饱和到相对湿度超过500%的程度。然而，这样大的过饱和不会存在于自然大气中。所以如果没有凝结核，我们将很难看到地球上的雨雪。凝结核是悬浮在空气中的微小固体颗粒。理想的凝结核是那些吸收最多水分的粒子。例如，海盐、硫酸、氮气和其他化学物质的微粒。这就是为什么我们有时会看到天空中有云，但没有雪。在这种情况下，人们经常使用人工降雪。

为什么雪花是六边形的？

早在公元前西汉，《韩石外传》就指出“凡有五种以上的植物和花卉，就只有六片雪花。”雪的基本形状是六角形。但是在不同的情况下，它可以表现出不同的形式。

世界上有许多雪花图案的收藏家。他们收集各种雪花图案。有些人花了一生的时间拍摄了成千上万张张雪华的照片，发现了近6000种不同的雪花。但是在他死前，他认为这只是大自然落入他手中的一小部分雪花。据说没有两片雪花的大小和形状完全相同。

为什么雪花的基本形式是六角片状和柱状？

这与水蒸气凝结结晶时的晶体习性有关。由水蒸气凝结而成的雪花和被自然水冻结的冰属于六边形系统。我们很容易被博物馆里纯净透明的水晶所吸引。像冰晶一样，晶体是六边形的，但是晶体是二氧化硅(二氧化硅)的晶体，冰晶是水的晶体(H2O)。

六边形系统具有四个结晶轴，其中三个辅助轴在基面上并且以60度的角度彼此相交，并且第四轴(主结晶轴)垂直于由三个辅助轴形成的基面。六边形系统最典型的代表是几何形状像正六边形圆柱体。当水蒸气凝结并结晶时，如果主晶轴比其他三个辅助晶轴发展得慢并且非常短，那么晶体就会形成薄片。如果主晶轴快速发展并长时间延伸，则晶体形成柱状。雪花通常是六边形的，因为晶体沿主晶轴的生长速度比沿三个辅助晶轴的生长速度慢得多。

雪花有多大

诗人李白在描写燕山雪花时有一首著名的诗:“燕山雪花大如毡”。雪真的有那么大吗？事实上，雪花非常小。不要说雪花科学的历史上没有“像宴会一样大”的记录。即使遇到“大雪花”也不容易。

事实上，我们能看到的单个雪花的直径通常在0.5毫米到3.0毫米之间。这种微小的雪花只能用一个极其精确的分析天平来称重，大约3000到10000个雪花加起来只有1克重。一位科学家粗略地计算了一下，每立方米雪中大约有60 ~ 80亿片雪花，超过了地球的总人口。

雪花晶体的大小完全取决于冷凝和结晶过程中水蒸气的温度。在非常寒冷的天气里形成的雪晶非常小，几乎看不见。只有当它们在阳光下闪烁时，人们才能发现它们像钻石粉一样。

据研究，温度对雪晶的大小有影响:当温度为-36℃时，雪晶的平均面积为0.017平方毫米；当温度为-24℃时，平均面积为0.034平方毫米。平均面积在-18℃时为0.084 mm2，-6℃时为0.256 mm2，-3℃时为0.811 mm2。

人们有一种错误的感觉，有些文学作品在描写寒冷的天气时，常常把这种感觉描述为“鹅毛大雪”。事实上，“鹅毛雪”是温度接近0℃时的产物，并不是寒冷气候的象征。相反，雪花越大，温度越高。雪花很少在一年中最冷的日子出现。雪花只可能在深秋和初冬或冬末和早春出现。所谓的鹅毛雪实际上不是雪花，而是由许多雪花粘在一起形成的。一片雪花晶体的最大直径不超过10毫米，最多和我们的指甲一样大。它不是一片大雪花。

当温度相对较高时，雪花晶体很容易相互连接。这种现象被称为雪花聚结。特别是当温度接近0℃且空气比铰链的空气更潮湿时，雪花具有特别大的融合能力，可以吸收数百片雪花并形成雪花。因此，严格地说，鹅毛雪不能称为雪花，它只是许多雪花的聚合体。