你說得對極了!雪花并不都是經典的六角星形,它們形態的多樣性恰恰是大氣環境(尤其是溫度和濕度)的“密碼本”。雖然所有雪花都源于水分子獨特的六方晶系結構(決定了它們的基本對稱性是六邊形),但下落過程中經歷的環境變化,讓它們呈現出令人驚嘆的形態變化。
核心原理:冰晶的生長受溫度和過飽和度的控制
當水汽在云中凝華(氣態直接變固態)到微小的凝結核上形成冰晶時,冰晶的生長速度和方式高度依賴于:
溫度: 這是影響形態最關鍵的因素。不同溫度區間,水分子附著到冰晶不同晶面上的速度不同。 過飽和度: 空氣中實際水汽含量超過飽和水汽含量的程度。過飽和度越高,水汽供應越充足,冰晶生長越快,也更容易長出復雜的枝杈。不同溫濕度組合下的雪花形態(大致規律):
下圖展示了冰晶形態隨溫度和過飽和度的典型變化規律(注意:這是實驗室和自然觀察的總結,實際云中環境更復雜):
溫度范圍 (°C) 低過飽和度 (水汽較少) 高過飽和度 (水汽充足) 常見形態描述 0 到 -4 薄六角片、小棱柱 星形盤狀 (六瓣星) 最簡單常見的星形,瓣數清晰 -4 到 -6 針狀 針狀 細長的針或棒狀 -6 到 -10 空心棱柱 枝狀晶體 (蕨草狀) 最經典、最復雜的星形,有大量精細枝杈 -10 到 -12 片狀、扇形盤狀 扇形盤狀 六邊形輪廓,但內部有扇形分區 -12 到 -16 空心棱柱、短粗棱柱 枝狀 & 板狀組合 星形瓣末端又長出小板或小枝 -16 到 -22 薄六角片 片狀星形、板狀 星形但瓣較寬、較厚實 -22 到 -40 空心棱柱、復雜棱柱 棱柱狀、子彈玫瑰狀 柱狀、兩端錐形、或幾個柱體組合 低于 -40 通常無法形成復雜冰晶 通常無法形成復雜冰晶 多為簡單棱柱或片狀重要補充和解釋:
“六角”是根本: 無論形態如何變化,所有雪花都源于六方晶系。即使是針狀、柱狀,其橫截面通常是六邊形;板狀、星狀更是明顯具有六重對稱性。 “完美星形”的條件苛刻: 那種極其對稱、枝杈繁茂的“蕨草狀星形雪花”,通常只在-15°C左右且水汽非常充足(高過飽和度)的環境中形成。這是最不穩定、生長最快的形態。 下落過程的“變臉”: 一片雪花在云中下落時,會經歷不同溫度和水汽濃度的層次。它的形態可能在不同階段發生變化!例如,它可能先在較暖層長成板狀,然后進入寒冷高濕層長出枝杈,最后在干燥層表面變得光滑或長出霜。這導致雪花形態極其多樣。 聚合與霜:如何解讀雪花形態中的“大氣秘密”?
判斷云層溫度: 通過觀察大量落下的雪花的主要形態,可以大致反推它們形成的主要高度層的溫度范圍。例如,大量精細的星狀雪花暗示著-15°C左右的高濕層很活躍。 判斷水汽條件: 復雜枝杈(蕨草狀)和寬大板狀雪花指示著生長時水汽供應非常充足(高過飽和度)。而簡單的棱柱、針狀或小片狀則可能意味著較干燥的環境。 推斷垂直結構: 如果雪花形態復雜多樣(例如同時有柱狀、片狀、星狀),說明云層垂直方向上的溫度和濕度變化很大,雪花經歷了不同的生長環境。總結:
雪花遠遠不止是六角星!它們是由水分子六方晶格決定的六邊形藝術家,在溫度和濕度(過飽和度) 這兩位“導演”的指揮下,上演著千變萬化的形態秀——從簡單的棱柱、針狀,到經典的六瓣星形,再到極致復雜的蕨草狀分枝,甚至聚合的雪團。仔細觀察雪花的形狀,就是在閱讀它們誕生和成長時所經歷的那一段高空大氣的環境密碼。下次下雪時,不妨仔細觀察一下,看看你能否解讀出天空中的“冰晶密碼”!