沒有兩片相同的雪花

杭蘇

為雪花拍照

千百年來，雪與冰的純潔美麗讓人心醉不已。實際上，英語中“晶體”一詞來源于希臘詞語“冰”。當然，對冰雪的眷戀，不僅西方如此。雖然很多仔細觀察雪花的人都注意到這些冰晶是六角形的，然而對此做第一個手筆記錄的卻不是西方人，是一個中國人。公元前140～131年西漢文帝時代，《韓詩外傳》這本書中，詩人韓嬰寫下了“凡草木花多五出，雪花獨六出”的詩句。看來那時中國人已知道了這一事實，過了好多世紀，才有歐洲作品中提及這一事實。

人們一直認為瑞典大主教奧拉夫·馬格努斯，是第一位做此記載的歐洲人士。1555年，他發表了一部自然史書，在書中描述了雪花，并畫了一些圖片。在歐洲這本書很暢銷，有許多版本和譯本，第一個英文譯本于1558年發行。德國天文學家開普勒在1611年出版的《六角雪花》中也對雪花這一特點加以描述。

然而更細致的觀察需要等到顯微鏡發明以后再說了。列文虎克，17世紀最著名的顯微鏡專家，對雪花進行了細致的觀察。還有一位早期的顯微鏡專家，英國物理學家羅伯特·胡克對顯微鏡特別感興趣，并有意對其進行改進。1665年，他出版《顯微術》一書，書中包括他畫的一些通過顯微鏡觀察到的雪花圖片，以及他對冰晶結構的闡述。之后幾百年來，雪花因其美麗而備受人們青睞。

像植物一樣“生長”

一組水分子相互吸引，結成冰晶，在形成過程中，有幾個力起了作用。最重要的是表面張力和結冰時釋放的潛熱。表面張力拉近分子之間的距離，并使結合體表面平滑。冰箱中立方體凍冰、結冰的水池表面比較平滑，這是因為水結冰時是從外向里，外面先結冰。雪花并不是這樣形成的，而是以凍結核為中心，從里向外凝結而成，釋放的潛熱從中心向外擴散，最后散播到大氣中。這比較容易破壞冰晶的穩定性。潛熱使中心的水分子升溫，足以使氫鍵放松一些，所以它們離冰晶表面稍有一些距離，但它們因受表面張力的作用，不會離開冰晶表面而逃散到空氣中。

現在這些在冰晶表面突出的小尖片，在冰晶從云層降落過程中，開始搜集水分子。一個由水滴和冰晶組成的混合云團中含有超冷水滴，從這些超冷水滴表面蒸發的水蒸氣積存在冰晶表面，最后冰晶以犧牲超冷水滴為代價，從超冷水滴“吸附”水蒸氣，體積不斷地膨脹。凸出部分越大，在大氣降落過程中就會集結更多的水分子，最后變得越來越尖，像一株正在生長的植物頂尖。

雪花變得越來越大，其中對它的平衡作用力也要發生改變。潛熱釋放顯得越來越重要，表面張力的影響不斷地減退。小雪花相遇時就會互相攀附合并形成大雪花，到達地面時，有的雪花只有2個冰晶，而大雪花可能會有200個冰晶。

研究雪花不太容易，它們非常脆弱，極易受到破壞，如果不是處于0℃的氣溫下，數秒之內就會融化掉。即使這樣，還是有解決問題的辦法。用普通的二氫化乙烯制成的聚乙烯稀薄溶液可以將雪花和其他冰晶捕獲。溶液溫度保持在-1℃～-2℃，外面罩上玻璃或木板（玻璃或木板溫度同樣為零下），下雪時把這個有外罩的盆子放在外面，收集幾朵雪花，然后放在室內10分鐘，這時溶劑也在蒸發。過后它的溫度與室溫相同，雪花開始融化，水蒸氣通過蓋著盤子的塑料薄膜散發出去，之后把雪花印記永遠留下。

沒有完全相同的雪花

在一個大云團頂層形成的雪花通常是柱狀，其形成溫度大致為-34℃下雪花呈柱狀，而-16℃下雪花呈星形。如果雪花呈大片狀，說明它們是在-12℃溫度下。

表面張力影響個體分子，影響晶體的最初形狀。由水分子構成一旦冰晶上的凸出部分到了一定大小，它的角棱很不穩定，其上面也會產生更小尖體、凸出部分。整個一片雪花，凸出部分處于同樣一種環境，經受相同的力，因此結果自然也一樣。它們都在不斷變大，有快有慢，這樣一片幾乎完全對稱的雪花形成了，正是這種對稱使雪花顯得格外美麗。植物和窗戶上的白霜也是這樣形成的，凍結從里向外，圖案相當微妙、復雜。

有時對稱也會消失，如果雪花很大，慢慢地水平降落，它會保持對稱。如果雪花的一端比另一端上翹，就會傾斜，從外形上一端就會比另一端厚，那么自然到它離開云層時就不會對稱了。

絕大多數雪花對稱，但沒有一片雪花同其他相鄰的雪花一樣， 這是因為每片雪花降落路徑不同。雪花緩緩降落時都要經過移動的大氣，它們會遭遇上升流或向某一側偏移，一些雪花在空中飄移的時間較長。一些雪花會進入氣溫濕度稍高或稍低一點兒的大氣中，大氣中固體粒子的數量和類型會有所變化，這當然會影響水的凝結和冰凍速度。每一片雪花對自己經歷、存在的環境作出反應，而沒有哪兩片雪花經歷過完全相同的條件考驗，所以，世界上沒有兩片完全相同的雪花。

天太冷就不能下雪？

人們總說“天冷了不能再下雪”，確實說得對，冷空氣是干空氣。低溫下，大氣含水蒸氣較少。水蒸氣凝結，結成冰晶，空氣干燥，即使最后一絲水蒸氣也被從冷空氣中擠出來。同溫暖大氣中的冰晶一樣，這些冰晶降落時也收集了更多的水分，但冷空氣中濕氣已不多了，很難遇到。這樣一來，它們長勢緩慢，在溫度低的條件下，其表面不可能形成使它們合并在一起的薄水層，所以它們很小，呈碎片狀。一股風吹來，它們打在人臉上，人會感到很疼，用放大鏡觀察一下，你就會看到有些為柱形或針形，有些形狀極不規則。

最小的冰晶是在-29℃形成的。這些冰晶仍要求有凍結核，但溫度一旦低于-40℃凍結核不會存在，高緯度地區此氣溫很常見。冬季中緯度地區海拔3.3萬英尺（10千米） 的對流頂層，氣溫為-57℃，如此低溫的大氣非常干燥，里面沒有太多的冰晶，但稍往下一點兒的大氣層中，有很多冰晶，因為這一層的大氣是鋒面抬起來的空氣，盡管海拔高，但能清楚地看到它們，它們是四處可見的薄層卷云。有時風吹過，它們就會變成狹長的云條，在兩端卷曲，稱作“驢尾巴”。世界上許多地區冬季氣溫在-29℃以下，極地如此，北美洲、歐洲和亞洲也如此。不時地，相對潮濕的空氣來到寒冷地區，冰晶形成，同時在溫度稍高一點兒的云層中卷層云形成，冰晶由此降落。當然，冰晶也從高海拔的云層降落，但經過暖大氣層時升華變成水蒸氣。所以從低海拔云層中降落的冰晶在升華前落地，以小雪形式降落，里面是糖粒大小的冰晶。

雪暴中要學會自救

雪暴是冬春季節，在強冷空氣影響下形成的暴風雪天氣。雪暴來臨時，氣溫很低，大雪隨風彌漫，到處一片白茫茫，能見度極低。人車因辨不清方向而容易掉進湖泊或墜下山崖，摔死、凍死。

如果陷于雪暴中，停住別動，也不要著急找一個避難所，但是如果你確實能找到一個避風的地方，不妨一試。不然的話，在雪中挖一個洞，在里面待上一段時間，直到情況好轉為止。不時把身上的雪撣一撣，以免雪把你埋住。如果你在車里，別動，因為里面的溫度比戶外的溫度高。而且援救隊前來救人時，路邊的車即使全被埋在雪下也更容易被發現，這要比找人容易得多。