雪花為什么大多是六邊形？

出品：科普中國

作者：談天說地

監(jiān)制：中國科普博覽

我們都知道，云是由許多小水滴和小冰晶組成的，雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長變大而成的。那么，雪是怎么形成的呢？

（圖片來源：veer圖庫）

雪是怎么形成的？

在水云中，云滴都是小水滴。它們主要是靠繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大成為雨滴的。冰云是由微小的冰晶組成的，這些小冰晶在相互碰撞時，冰晶表面會增熱而有些融化，并且會互相沾合又重新凍結(jié)起來。這樣重復多次，冰晶便增大了。另外，在云內(nèi)也有水汽，所以冰晶也能靠凝華繼續(xù)增長。但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽不多，凝華增長很慢，相互碰撞的機會也不多，所以不能增長到很大而形成降水。即使引起了降水，也往往在下降途中被蒸發(fā)掉，很少能落到地面。

最有利于云滴增長的是混合云?；旌显剖怯尚”Ш瓦^冷卻水滴共同組成的。當一團空氣對于冰晶說來已經(jīng)達到飽和的時候，對于水滴說來卻還沒有達到飽和。這時云中的水汽向冰晶表面上凝華，而過冷卻水滴卻在蒸發(fā)，這時就產(chǎn)生了冰晶從過冷卻水滴上“吸附”水汽的現(xiàn)象。在這種情況下，冰晶增長得很快。另外，過冷卻水是很不穩(wěn)定的。一碰它，它就要凍結(jié)起來。所以，在混合云里，當過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時候，就會凍結(jié)沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。當小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時，便落到地面，這就是雪花。

（圖片來源：veer圖庫）

在初春和秋末，靠近地面的空氣在0℃以上，但是這層空氣不厚，溫度也不很高，會使雪花沒有來得及完全融化就落到了地面。這叫做降“濕雪”，或“雨雪并降”，這種現(xiàn)象在氣象學里叫“雨夾雪”。

（圖片來源：veer圖庫）

各種各樣的雪花形狀是怎樣形成的？

雪花的形狀極多，而且十分美麗。如果把雪花放在放大鏡下，可以發(fā)現(xiàn)每片雪花都是一幅極其精美的圖案，雪花的主要形狀連許多藝術(shù)家都贊嘆不止。但是，各種各樣的雪花形狀是怎樣形成的呢？

（圖片來源：veer圖庫）

雪花大都是六角形的，這是因為雪花屬于六方晶系。云中雪花“胚胎”的小冰晶，主要有兩種形狀。一種呈六棱體狀，長而細，叫柱晶，但有時它的兩端是尖的，樣子象一根針，叫針晶。別一種則呈六角形的薄片狀，就象從六棱鉛筆上切下來的薄片那樣，叫片晶。

如果周圍的空氣過飽和的程度比較低，冰晶便增長得很慢，并且各邊都在均勻地增長。它增大下降時，仍然保持著原來的樣子，分別被叫做柱狀、針狀和片狀的雪晶。

如果周圍的空氣呈高度過飽和狀態(tài)，那么冰晶在增長過程中不僅體積會增大，而且形狀也會變化，最常見的是由片狀變?yōu)樾菭睢?/p>

原來，在冰晶增長的同時，冰晶附近的水汽會被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，過飽和程度越低。在緊靠冰晶表面的地方，因為多余的水汽都已凝華在冰晶上了，所以剛剛達到飽和。這樣，靠近冰晶處的水汽密度就要比離它遠的地方小。水汽就從冰晶周圍向冰晶所在處移動。水汽分子首先遇到冰晶的各個角棱和凸出部分，并在這里凝華而使冰晶增長。于是冰晶的各個角棱和凸出部分將首先迅速地增長，而逐漸成為枝叉狀。以后，又因為同樣的原因在各個枝叉和角棱處長出新的小枝叉來。與此同時，在各個角棱和枝叉之間的凹陷處，空氣已經(jīng)不再是飽和的了。有時，在這里甚至有升華過程，以致水汽被輸送到其他地方去。這樣就使得角棱和枝叉更為突出，而慢慢地形成了我們熟悉的星狀雪花。

（圖片來源：veer圖庫）

上面說的實際上是一個典型的星狀雪花的形成過程。它的相當部位，不論形狀或大小，都應(yīng)當是相同的。這種典型的星狀雪花只有在一個理想的、平靜的環(huán)境中（譬如在實驗室內(nèi)）才能形成。在大氣中，它不能像上面說的那樣有步驟地增大，所形成的形狀也就不能那樣典型。這是因為冰晶逐漸在下降著，而且有時在旋轉(zhuǎn)著，各個枝叉接觸水汽的多少有所不同，而那些接觸水汽較多的枝又便增長得較多。因此，我們平常所看到的雪花雖大體上一樣但又互不相同。

另外，雪花在云內(nèi)下降的過程中，也會從適宜于形成這種形狀的環(huán)境降到適宜于形成另一種形狀的環(huán)境，于是便出觀了各種復雜的雪花形狀。有的象袖扣，有的象刺猾。即使都是星狀雪花，也有三個枝叉的、六個枝叉的，甚至有十二個枝叉、十八個枝又的。

以上所述都是單個雪花的情況。在雪花下降時，各個雪花也很容易互相攀附并合在一起，成為更大的雪片。雪花從云中下降到地面，路途很長，在條件適合時，可以經(jīng)多次攀連并合而變得很大。在降大雪的時候，有時有一些鵝毛般的大雪片，就是經(jīng)過多次并合而成的。

紛紛揚揚的雪花像一群精靈一樣，既給人間增添別樣的風采，也蘊含著大自然的奧妙，等待著我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>