没有两片相同的雪花

杭苏

为雪花拍照

千百年来，雪与冰的纯洁美丽让人心醉不已。实际上，英语中“晶体”一词来源于希腊词语“冰”。当然，对冰雪的眷恋，不仅西方如此。虽然很多仔细观察雪花的人都注意到这些冰晶是六角形的，然而对此做第一个手笔记录的却不是西方人，是一个中国人。公元前140～131年西汉文帝时代，《韩诗外传》这本书中，诗人韩婴写下了“凡草木花多五出，雪花独六出”的诗句。看来那时中国人已知道了这一事实，过了好多世纪，才有欧洲作品中提及这一事实。

人们一直认为瑞典大主教奥拉夫·马格努斯，是第一位做此记载的欧洲人士。1555年，他发表了一部自然史书，在书中描述了雪花，并画了一些图片。在欧洲这本书很畅销，有许多版本和译本，第一个英文译本于1558年发行。德国天文学家开普勒在1611年出版的《六角雪花》中也对雪花这一特点加以描述。

然而更细致的观察需要等到显微镜发明以后再说了。列文虎克，17世纪最著名的显微镜专家，对雪花进行了细致的观察。还有一位早期的显微镜专家，英国物理学家罗伯特·胡克对显微镜特别感兴趣，并有意对其进行改进。1665年，他出版《显微术》一书，书中包括他画的一些通过显微镜观察到的雪花图片，以及他对冰晶结构的阐述。之后几百年来，雪花因其美丽而备受人们青睐。

像植物一样“生长”

一组水分子相互吸引，结成冰晶，在形成过程中，有几个力起了作用。最重要的是表面张力和结冰时释放的潜热。表面张力拉近分子之间的距离，并使结合体表面平滑。冰箱中立方体冻冰、结冰的水池表面比较平滑，这是因为水结冰时是从外向里，外面先结冰。雪花并不是这样形成的，而是以冻结核为中心，从里向外凝结而成，释放的潜热从中心向外扩散，最后散播到大气中。这比较容易破坏冰晶的稳定性。潜热使中心的水分子升温，足以使氢键放松一些，所以它们离冰晶表面稍有一些距离，但它们因受表面张力的作用，不会离开冰晶表面而逃散到空气中。

现在这些在冰晶表面突出的小尖片，在冰晶从云层降落过程中，开始搜集水分子。一个由水滴和冰晶组成的混合云团中含有超冷水滴，从这些超冷水滴表面蒸发的水蒸气积存在冰晶表面，最后冰晶以牺牲超冷水滴为代价，从超冷水滴“吸附”水蒸气，体积不断地膨胀。凸出部分越大，在大气降落过程中就会集结更多的水分子，最后变得越来越尖，像一株正在生长的植物顶尖。

雪花变得越来越大，其中对它的平衡作用力也要发生改变。潜热释放显得越来越重要，表面张力的影响不断地减退。小雪花相遇时就会互相攀附合并形成大雪花，到达地面时，有的雪花只有2个冰晶，而大雪花可能会有200个冰晶。

研究雪花不太容易，它们非常脆弱，极易受到破坏，如果不是处于0℃的气温下，数秒之内就会融化掉。即使这样，还是有解决问题的办法。用普通的二氢化乙烯制成的聚乙烯稀薄溶液可以将雪花和其他冰晶捕获。溶液温度保持在-1℃～-2℃，外面罩上玻璃或木板（玻璃或木板温度同样为零下），下雪时把这个有外罩的盆子放在外面，收集几朵雪花，然后放在室内10分钟，这时溶剂也在蒸发。过后它的温度与室温相同，雪花开始融化，水蒸气通过盖着盘子的塑料薄膜散发出去，之后把雪花印记永远留下。

没有完全相同的雪花

在一个大云团顶层形成的雪花通常是柱状，其形成温度大致为-34℃下雪花呈柱状，而-16℃下雪花呈星形。如果雪花呈大片状，说明它们是在-12℃温度下。

表面张力影响个体分子，影响晶体的最初形状。由水分子构成一旦冰晶上的凸出部分到了一定大小，它的角棱很不稳定，其上面也会产生更小尖体、凸出部分。整个一片雪花，凸出部分处于同样一种环境，经受相同的力，因此结果自然也一样。它们都在不断变大，有快有慢，这样一片几乎完全对称的雪花形成了，正是这种对称使雪花显得格外美丽。植物和窗户上的白霜也是这样形成的，冻结从里向外，图案相当微妙、复杂。

有时对称也会消失，如果雪花很大，慢慢地水平降落，它会保持对称。如果雪花的一端比另一端上翘，就会倾斜，从外形上一端就会比另一端厚，那么自然到它离开云层时就不会对称了。

绝大多数雪花对称，但没有一片雪花同其他相邻的雪花一样， 这是因为每片雪花降落路径不同。雪花缓缓降落时都要经过移动的大气，它们会遭遇上升流或向某一侧偏移，一些雪花在空中飘移的时间较长。一些雪花会进入气温湿度稍高或稍低一点儿的大气中，大气中固体粒子的数量和类型会有所变化，这当然会影响水的凝结和冰冻速度。每一片雪花对自己经历、存在的环境作出反应，而没有哪两片雪花经历过完全相同的条件考验，所以，世界上没有两片完全相同的雪花。

天太冷就不能下雪？

人们总说“天冷了不能再下雪”，确实说得对，冷空气是干空气。低温下，大气含水蒸气较少。水蒸气凝结，结成冰晶，空气干燥，即使最后一丝水蒸气也被从冷空气中挤出来。同温暖大气中的冰晶一样，这些冰晶降落时也收集了更多的水分，但冷空气中湿气已不多了，很难遇到。这样一来，它们长势缓慢，在温度低的条件下，其表面不可能形成使它们合并在一起的薄水层，所以它们很小，呈碎片状。一股风吹来，它们打在人脸上，人会感到很疼，用放大镜观察一下，你就会看到有些为柱形或针形，有些形状极不规则。

最小的冰晶是在-29℃形成的。这些冰晶仍要求有冻结核，但温度一旦低于-40℃冻结核不会存在，高纬度地区此气温很常见。冬季中纬度地区海拔3.3万英尺（10千米） 的对流顶层，气温为-57℃，如此低温的大气非常干燥，里面没有太多的冰晶，但稍往下一点儿的大气层中，有很多冰晶，因为这一层的大气是锋面抬起来的空气，尽管海拔高，但能清楚地看到它们，它们是四处可见的薄层卷云。有时风吹过，它们就会变成狭长的云条，在两端卷曲，称作“驴尾巴”。世界上许多地区冬季气温在-29℃以下，极地如此，北美洲、欧洲和亚洲也如此。不时地，相对潮湿的空气来到寒冷地区，冰晶形成，同时在温度稍高一点儿的云层中卷层云形成，冰晶由此降落。当然，冰晶也从高海拔的云层降落，但经过暖大气层时升华变成水蒸气。所以从低海拔云层中降落的冰晶在升华前落地，以小雪形式降落，里面是糖粒大小的冰晶。

雪暴中要学会自救

雪暴是冬春季节，在强冷空气影响下形成的暴风雪天气。雪暴来临时，气温很低，大雪随风弥漫，到处一片白茫茫，能见度极低。人车因辨不清方向而容易掉进湖泊或坠下山崖，摔死、冻死。

如果陷于雪暴中，停住别动，也不要着急找一个避难所，但是如果你确实能找到一个避风的地方，不妨一试。不然的话，在雪中挖一个洞，在里面待上一段时间，直到情况好转为止。不时把身上的雪掸一掸，以免雪把你埋住。如果你在车里，别动，因为里面的温度比户外的温度高。而且援救队前来救人时，路边的车即使全被埋在雪下也更容易被发现，这要比找人容易得多。