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为什么雪花大多数为六角形?

人们很早就留意雪花的形状,中国西汉时代的韩婴就发现:“凡草木花多五出,雪花独六出。”即雪花是六瓣、六角形的。雪花有多种多样的形态,但每一片雪花都是六角形的,这是大自然呈现给我们的美丽,也是给我们出的一道课题。那么雪花为什么多为六角形呢?今天看了一篇来自美国马里兰州贝尔茨维尔农业研究中心的科学家们发布在《Discover》杂志上的文章来为我们揭示雪花多为六角形的真相。

snowflake(雪花)

雪花为啥多为六角形呢?这要从物理学中水的形态变化随温度的变化说起。

一般情况下, 雪花是由水汽在小冰晶上凝华增大而形成的,六角形状同水汽凝华的结晶习性有关。众所周知,常温下,水的形态变化先由水汽凝结为水珠,然后冻结成冰。云中水汽遇冷凝结成雨滴,再冷则冻结为冰雹。然而,雪则不同,其大多数是由水汽直接凝华为冰晶,跳跃了液态阶段(由气体直接变成固体的过程物理学上称为凝华)。

雪花

通常在常温常压下,由水汽凝华而成的冰晶属于六方晶系,它的分子多为六角形。由于冰晶的尖角位置特别突出,水汽供应最充分,凝华增长的最快,所以便在六角形的冰晶棱角上长出一个个新的枝杈,最后变成了六个花瓣形或枝状,柱状,针状,星状雪花。这六方晶体具有四个结晶轴,其中三个为辅轴,排列在同一个平面上,并相互以60度角相交。另一个为主轴,与上述三个辅轴构成的平面垂直。冰晶在变成雪花前,其周围的水汽也在不断的发生变化,冰晶在不断运动的过程中其周围的水汽的凝华常沿着这些轴运动变化,若主轴增长较快,则其形成六角柱状的雪花,反之,若辅轴生长较快,则雪花呈片状或扇状。

雪花

雪花的形成过程复杂又曲折,不同温度不同湿度下的雪花形貌形形色色,绚丽多姿。

当温度为0-零下3℃时,生成微薄的六角板形晶体;

当温度处于-3与-5℃时,针状结晶形成;

当温度处于-5与-8℃时,空心棱柱状结晶问世;

当温度处于-8与-12℃时,六角板形结晶再次闪现;

当温度处于-12与-16℃时,树杈状或羊齿状结晶形成;

当温度处于-16与-25℃时,六角板形结晶再次闪现;

当温度处于-25与-50℃时,空心棱柱状结晶再次问世;

当然,雪花的形成过程中少不了湿度的参与。湿度则主要影响雪花边角的生长,湿度大时,我们就能看到较多的星状,树枝状,针状雪花晶体的形成;湿度小时,我们就能看到更多的柱状雪花的问世。

在雪花形成过程中,正因为冰晶的形成及增长过程遇到空气中温度,湿度及气流等条件的瞬息变化,雪花的六角形状就拥有了其千姿百态的形貌。奥村的第一场大雪来咯,抓起手机去记录雪花的五彩绚烂去!

但是,在极地有时由于大气中的水汽不足,湿度极低,水汽结晶过程十分充裕,冰晶最终能形成六棱柱状的标准形态。因此,在极地区偶尔就能看到降下来的雪不是片状的雪花,而是一些六棱柱形的雪晶。

来源:网络整理