文/于鵬翔

冬天來了,你生活的城市有沒有下雪?你有沒有堆雪人打雪仗?最近,很多同學(xué)詢問關(guān)于雪的問題,比如雪為什么是六邊形的呀,雪花到底有多重啊,白色的雪真的干凈嗎……還有同學(xué)聯(lián)想到夏天的冰雹,問了一個(gè)很有意思的問題:雪花和冰雹都是冰,為什么一個(gè)在冬天一個(gè)在夏天呢?

冬天的雪

我們先來說說冬天為什么會(huì)有雪吧。說到這個(gè)話題,同學(xué)們的第一反應(yīng)可能都是冬天天氣冷,天上落下的雨滴被凍結(jié)成了雪?？墒悄阋嬖诒淅镌囈幌?就會(huì)發(fā)現(xiàn)無論多小的水滴遇冷也只能凍結(jié)成冰珠,并不會(huì)變成雪花。那么冬天漫天飛舞的雪花到底是從哪里來的呢?首先大家先來回憶一下,我們之前講過空氣中存在著我們看不到但又無處不在的水汽。這些水汽來自江河湖海的蒸發(fā),也來自植物的蒸騰,而雪花正是這些水汽和高空的低溫共同作用的產(chǎn)物。

在我們生活的對(duì)流層中,有一個(gè)現(xiàn)象:高度越高、氣溫越低。還記得前段時(shí)間四川航空一架飛機(jī)風(fēng)擋玻璃破裂的事件嗎?機(jī)長后來說,玻璃破裂后駕駛室的溫度驟降,他握駕駛桿的手都凍僵了。這是因?yàn)轱L(fēng)擋玻璃破裂時(shí),飛機(jī)是在9 800米的高空,一般來說海拔每升高100米,氣溫會(huì)下降0.6℃,所以即使當(dāng)時(shí)地面上是20℃的溫暖天氣,9 800米的高空中氣溫也僅有-40℃左右。所以,無論春夏秋冬,高空都是非常冷的,而這樣的低溫環(huán)境正好有利于雪花生成。此外,當(dāng)高空中有足夠的水汽和凝結(jié)核(微小的灰塵、粉塵等)時(shí),雪花誕生的條件就基本滿足了。在低于-5℃的低溫下,水汽會(huì)直接在凝結(jié)核上結(jié)成一個(gè)小冰晶,這種由氣體直接凝結(jié)成固體的現(xiàn)象叫作“凝華”。這個(gè)小冰晶最開始是一個(gè)小的六棱柱形狀,周圍的水汽會(huì)沿著這個(gè)六棱柱的六個(gè)邊繼續(xù)生長,逐漸呈現(xiàn)出雪花的形狀。小雪花在空中飄來飄去,與周圍的水汽不停地接觸、吸附,就像一只饞嘴的小貓這里吃一點(diǎn)兒、那里吃一點(diǎn)兒,最終吃成了一片大雪花!

雪在飄動(dòng)的時(shí)候,周圍的溫度、濕度都在不停地變化,如果溫度變低,雪就會(huì)形成新的分支;如果溫度升高,小雪花的頂端會(huì)變得又細(xì)又長;當(dāng)溫度變得更高時(shí),小雪花的頂端會(huì)變寬。這樣一來,小雪花在空中飛舞時(shí),不僅會(huì)越“吃”越“胖”,而且隨著溫度高高低低,它還會(huì)不斷改變形狀,形成我們熟悉的六邊形雪花狀。當(dāng)空氣支撐不住胖胖的雪花時(shí),它就會(huì)慢慢地下降到地面。而我們究竟能不能見到雪,那還要看近地面的溫度,如果近地面的溫度高,雪就會(huì)融化成雨;只有在近地面的溫度也低于0℃時(shí),我們才會(huì)在地面上見到一片片雪花。

夏天的雪

說完了冬天的雪,我們?cè)賮碚f說夏天的雹吧。雹又叫冰雹,俗稱雹子。我們對(duì)冰雹最深刻的印象可能就是炎熱的夏天,突然陰云密布,不一會(huì)兒一場(chǎng)傾盆大雨從天而降,在大雨之中夾雜著冰雹,叮叮當(dāng)當(dāng)敲打著窗戶。要是你走在外面被小冰雹砸一下,還真有點(diǎn)兒疼。撿起來一看,其實(shí)冰雹就是一個(gè)實(shí)心的冰疙瘩。奇怪,炎炎夏日,這冰疙瘩是從哪里來的呢?我們剛剛說了,即使是夏天,萬米高空上的氣溫也很低,零下幾十?dāng)z氏度的低溫足夠形成冰疙瘩了。你可能會(huì)問,同樣發(fā)源于寒冷的高空,為什么這次形成的不是雪花而是冰雹呢?這個(gè)秘密就藏在地面,夏天,地面非常炎熱,會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)大的上升氣流,上升氣流會(huì)把地面上的水汽帶到高空,形成一片巨大的、像山一樣的積雨云。積雨云最高的地方可以達(dá)到一萬米的高空。這朵云的頂部存在大量的冰晶、雪花,但它的下部卻充滿水汽,水汽在云里上升,越向上溫度越低,最后會(huì)形成一種叫作“過冷水”的東西,就是溫度低于0℃但又沒有結(jié)冰的水。這些過冷水與云層上部的冰晶、雪花碰撞,就會(huì)快速地附著在冰晶上,因?yàn)樗浅３渥?相遇的速度很快,冰晶沒有形成雪花,而是形成了霰(xiàn)——一種很小的冰珠?；蛘哂袝r(shí)過冷水干脆自己直接由水凍結(jié)成冰珠,形成“凍滴”。無論是霰還是凍滴,都是小冰珠,這些冰珠形成之后就會(huì)下落,一邊落一邊融化。正常情況下,它們會(huì)直接落向地面,形成雨。但是我們剛剛說夏天經(jīng)常有非常強(qiáng)大的上升氣流,上升的氣流像一雙大手把這些正在下降的冰珠又托了上去,回到高空的冰珠會(huì)與周圍的過冷水相遇再次凍結(jié),這樣它的個(gè)頭兒就又大了一圈,然后下落,再被熱空氣托起來,再“長大”一次。就這樣上上下下幾次之后,一顆小冰珠就長大成了一個(gè)大冰雹。這下熱空氣再也托不住它了,它開始不顧一切沖向地面,增大了的體積也使得它不易融化,所以最終冰雹就以冰疙瘩的形狀一直落到了地面。同學(xué)們,這下你們明白為什么只有夏天才會(huì)下冰雹了吧?因?yàn)橹挥邢奶炷菬狎v騰的上升氣流才能讓天上的冰珠反復(fù)地下降、上升,最終“折騰”成一個(gè)大冰球。

說完了冬天為什么下雪、夏天為什么下冰雹,我們最后再聊一些有意思的事情吧。我們都聽說過世界上沒有一模一樣的雪花,這句話到底有沒有道理呢?其實(shí)從雪的成因上看,這句話真的很有道理,因?yàn)檠┰诳罩薪?jīng)過的不同路徑,決定了雪花的最終形態(tài)也是不同的。而不同的雪花幾乎不可能走完全一樣的路,就算它們走一樣的路,不同的時(shí)間空氣中的濕度和溫度也是不同的。自然界中產(chǎn)生的雪花不可能一模一樣,但在實(shí)驗(yàn)室里,制造出兩片一模一樣的雪花可難不倒科學(xué)家。美國加州理工大學(xué)的物理學(xué)博士肯尼斯·利伯布萊切特就可以制造出完全一樣的雪花,方法很簡單,既然雪花生長是受大氣環(huán)境影響,只要在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置固定的溫度、濕度和雪花的初始六邊形形態(tài),最后長出來的雪花就都是一模一樣的了。

一片雪花最大可以長到約5毫米,但這并不是我們常說的“鵝毛大雪”。鵝毛大雪實(shí)際上不是一片雪,而是在下落的過程中很多片雪花相互疊加粘連形成的。而關(guān)于冰雹,大于老師只想提醒同學(xué)們,下冰雹的時(shí)候一定要在堅(jiān)固的建筑物下躲避,因?yàn)楸⒖刹幌裱┗?它可以長得很大,曾有記錄,最大的冰雹直徑可達(dá)10厘米以上,比我們的拳頭還要大,重量能夠達(dá)到776克,這樣的冰雹砸到頭上可是很危險(xiǎn)的。

講了這么多,你終于弄明白冰雹和雪之間的淵源了吧!本月,圣誕節(jié)就要到了,悄悄告訴你們我的圣誕節(jié)愿望就是——下雪!下雪!下雪!你們有什么愿望呢?歡迎來信告訴我!同學(xué)們,我們明年見!