為什么是雪“花”

張超

如果下雪時(shí)仔細(xì)觀察，便會(huì)覺出每場雪的感覺并不都一樣。比如有時(shí)天上靜靜飄落下鵝毛般的“雪團(tuán)”，落在地上蓬松如棉絮；也有的時(shí)候天上細(xì)雪紛飛，細(xì)看是一個(gè)個(gè)小雪花獨(dú)自在空中飄舞；還有的時(shí)候雪如粉塵，細(xì)細(xì)落在身上都是小白點(diǎn)，地上也如粉筆末般鋪滿一層。下雨只有一種，而下雪卻是千變?nèi)f化。探尋其中的原因，還要從微觀的角度去理解：不同的環(huán)境形成不同的雪花，降雪的模樣也便不盡相同。

天寒地凍長雪花

李白曾寫道：“燕山雪花大如席，片片吹落軒轅臺。”這如席子般的雪其實(shí)并非雪花，而是雪片。一團(tuán)雪片由少則幾枚，多則上百枚的雪花組成，俗稱為“鵝毛雪”。這些雪花的形態(tài)呈細(xì)六瓣，有時(shí)還有復(fù)雜的分支，每一個(gè)花瓣看起來如同樹枝，這使得這些雪花能夠相互勾連，粘連在一起。鵝毛雪的形成對環(huán)境要求頗高，一般來說在溫度濕度都較高時(shí)容易出現(xiàn)。比如在立春日前后，新疆伊犁河谷就下過巴掌大小的鵝毛雪。

雪花的形態(tài)主要依賴于生長環(huán)境的溫度和濕度。比如在極冷的環(huán)境中，容易形成六棱柱狀的雪花，往往被人們叫作鉆石塵。-15 ℃左右是6瓣雪花形成的主要環(huán)境，在-5 ℃左右則會(huì)出現(xiàn)針形雪花以及六邊形雪花。而不同的濕度影響了雪花的具體形狀。比如同在-15 ℃環(huán)境中，濕度較低的時(shí)候形成寬瓣6瓣雪花，而在濕度較高時(shí)形成細(xì)6瓣雪花。如果濕度更大，水汽更充沛，就會(huì)形成擁有復(fù)雜分支的大雪花。最大的雪花能有多大呢？在歷史記錄中，曾記載過直徑30厘米的雪花，不過并沒有留下照片證據(jù)。

雪花的游記

如今世界上有一些實(shí)驗(yàn)室可以人工制作雪花，只要改變溫度和濕度，不同的雪花就會(huì)凝結(jié)出來。不過即便實(shí)驗(yàn)室再好，做出的雪花也遠(yuǎn)不如自然界中的那般復(fù)雜。為什么呢？雪花不會(huì)在一個(gè)固定的環(huán)境形成，隨著雪花的上下翻飛，生長環(huán)境不斷發(fā)生變化。比如一個(gè)本來是六邊形的雪花，來到一個(gè)濕度高、溫度高的環(huán)境中，就會(huì)在原基礎(chǔ)上長出細(xì)細(xì)樹枝般的結(jié)構(gòu)；若是再來到一個(gè)濕度較低的環(huán)境中，就會(huì)在每個(gè)分支頂端再長出一個(gè)六邊形的裝飾物，這樣一枚復(fù)雜的雪花才真正完成。如果一個(gè)雪花小時(shí)候在低溫或干燥的環(huán)境下生長，就會(huì)長成棱柱形。如果它再到相對高溫的地方旅游一番，就會(huì)形成“線軸”的形狀。

然而對于一片雪花來說，這僅僅是描述它旅途的一個(gè)梗概，更多的故事細(xì)節(jié)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有描述出來。雪花的形態(tài)千變?nèi)f化，而在顯微鏡下，雪花更加神奇之處在于其內(nèi)部的紋路和結(jié)構(gòu)：同心紋路、輻射紋路、可愛的小氣泡、花邊結(jié)構(gòu)、凍滴、卷邊……各種特征讓每一片雪花都變得如此不同。就拿凍雪花來舉例子，它是雪花下落中粘上的小冰粒，看上去像是給雪花鑲上了一層珍珠。冰粒的加盟使雪花變得很重，因而下落時(shí)速度會(huì)變快，而且相互之間沒有粘連，這時(shí)就會(huì)形成前面所說的那種形如砂糖的雪。

看我七十二變

人們總說，雪花是六出飛花，6瓣是雪花統(tǒng)一的特征。實(shí)際上呢？不是6瓣的雪花種類也不少。在歷史記錄中，人們通過手繪記錄下12瓣、18瓣甚至24瓣的雪花。它們到底是如何形成的，現(xiàn)在學(xué)術(shù)上仍有很多不同觀點(diǎn)。其中一種觀點(diǎn)認(rèn)為，雙核冰晶可能是形成多瓣雪花的原因。這種雙核冰晶具有“工”字形的雙層結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡姶帕Φ挠绊懀舷聝蓪咏嵌扔幸欢ǖ慕诲e(cuò)，當(dāng)它們繼續(xù)生長就形成了12瓣雪花。

除了12瓣雪花之外，3瓣雪花是比較神奇的一種了。3瓣雪花并非是6瓣雪花折損而成，而是天生的三角形，或者三葉草形。這類雪花的形成主要是由于最初的冰晶有一定破缺，當(dāng)它繼續(xù)生長時(shí)，受到重力影響，6個(gè)角不再受到相同的待遇，最后長成了三角形的模樣。如果它們進(jìn)一步生長，就會(huì)形成三葉草形。到此有人會(huì)問，雪花都有可能出現(xiàn)幾瓣的呢？到目前發(fā)現(xiàn)的雪花中，有左右對稱的2瓣和4瓣；輻射對稱的3瓣、6瓣、12瓣、18瓣等。它們或是雙數(shù)，或與6相關(guān)，這是因?yàn)橛糜诖罱ㄑ┗ǖ拇u瓦——水分子擁有統(tǒng)一的“形態(tài)”，它們聚集而成的晶體也具有類似的形態(tài)。這種宏觀和微觀形態(tài)的類似，就是所謂的“分形”。如果用通俗的話說，就是萬變不離其宗。