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世界上没有两,世界上没有雪花是完全相同的

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冬季,很多地区都是会降雪。置身溫暖南方地区的人沒有福分欣赏雪过粉妆玉砌的美丽风景,也无机遇堆雪人、带著小朋友们堆雪人,只有根据新闻节目看哪里哪里下雪了,或是通过互联网技术赏析这些美丽的雪景。

欧州,列车在雪里穿梭

雪花很轻不大,在自然界云彩中所造成的雪片一般只有长到1.3cm直徑,还不如一枚硬币大。每一次下雪,天上会飘飘洒洒漂落数以万亿元计的雪片,这种雪片是什么样子的?他们极致对称性吗?全世界存有两块看起来彻底一样的雪花吗?这种全是很多小孩心里的疑惑。

要想弄清楚雪花是不是极致,大家先得了解雪到底是怎样造成的。

一簇刚爆出的雪花

过凉与钻石尘

高处的云彩十分严寒,尤其是在寒冷的冬季,间距路面几千米高处云彩中的溫度经常会低至零下十几度乃至几十度。这种云层中有水分子、极微小的冰晶和极微小的水珠。

大家常说0℃是水的冰度,这一描述并不精确,事实上纯粹的水在0℃时并不一定会结冻,仅有做到-38℃下列时,水才会全自动结冻。精确地说,0℃是过热蒸汽下冰的熔点。

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过凉结冻试验

纯净水在超低温云彩中会维持液体,冷云上弥漫着成千上万0℃至-30℃的液體水珠,物理上称作过凉。仅有碰到残渣,例如空气中小小尘土,或是遇到另一颗冰晶,过凉才会快速凝固结冰。云彩中的过凉十分关键,大家普遍的雨、雪乃至雹子都必须它的参加才可以产生。

小冰晶有一个很高端大气的姓名:“钻石尘”。它是呈六棱柱样子的细微结晶,太阳底下会闪闪发亮,像裸钻一样。

南极洲空气中钻石尘导致的太阳透射

为何冰晶全是六棱柱样子?这与水分子的融合方法相关。

水由氢和氧分子组成,由于共享资源电子器件的关联,两个氢原子与同一个氧分子构成化学键,H-O-H键间呈106.6°交角,当水凝固结冰时,水分子中间的共价键使其结晶展现六边形构造。

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冰的分子式决策其结晶样子

要是没有残渣,纯粹的水必须在-38℃下列才会积极结晶体,但在有尘土做凝结核时,水分子在0℃下列就可以在核上凝固成冰晶。水分子的凝固会弥补全部凸凹不平留有的缺点,使其更趋于六棱柱的形状。

水分子的组成趋向

雪花的产生

六棱柱并并不是冰晶的终点站。在结晶顶部具备更强的电不可逆性,空气中的水分子被这种角吸引住,在角上沉积并产生新的结晶体。

冰晶生长发育发展趋势

在水蒸气中的冰晶有那样的生长发育发展趋势,新的水分子会持续在冰晶的顶尖开展沉积,在其六个上面产生新的支系,因此冰晶逐渐成长为了雪花的样子:

从冰晶到雪花的累积全过程

生物学家在试验室自然环境下对冰晶的顶尖释放2000V的工作电压,使其在-15℃严寒水蒸气自然环境里快速生长发育,只花了大概二十分钟的時间,在冰晶的顶尖就长出一朵漂亮的雪花来。

雪花的生长发育全过程

雪花的样子极致对称性吗?

在当然情况下,你没法获得极致对称性的雪花。

根据前节的详细介绍,大家知道雪花是在高处严寒云彩中产生。水分子在冰晶每个上面生长发育,慢慢产生柱型或饼状的结晶,假如每一个角上都是有水分子以同样的速率凝固,那麼雪花应该是极致对称性的六角形。

较为对称性的雪花

但实际上,云彩中水分子的遍布并不可以彻底均衡,当冰晶在云上滚翻起降时,它的每个一部分会历经持续转变的溫度和环境湿度自然环境,虽然相对性于雪花的规格而言这类转变十分微小,但这仍然会对雪花各一部分的对称导致危害,从而危害每一个树茎的生长发育状况。这在处在环境湿度更高的自然环境中、生长发育速率迅速的雪片上边反映得分外显著,因为雪片在健身运动全过程中为不一样位置触碰到低温水珠的几率差别,最终造成 雪片样子出現明显不一样。

显著不一样的雪花实际上很广泛

世界上完全一致的雪花吗?

这是一个极具引起争议的话题讨论,虽然地球上的雪花数以亿亿计,但理论上并不会有两块完全一致的雪花。这是由于沒有一切两块雪花问世于完全一致的部位、彻底一样的冰晶,并在同一時刻顺着完全一致的途径做完全一致的健身运动。即便 你可以寻找两块外观设计类似的雪片,但就好像一对同卵双胞胎,她们总有些地区存有差别,例如指纹识别、视网膜或红色胎记这些。

生物学家尝试在严苛可控的试验室自然环境下人为因素生产制造出两块完全一致的雪花,她们在一片夹层玻璃上栽种二粒冰晶,再将其置放在饱和状态水蒸汽自然环境中制冷生长发育。水分子在距离靠近的这两个冰晶上生产制造出了极为类似的“双胞胎宝宝”雪花,但最后也只有证实他们仅仅大致类似,假如你充足细心,還是能够 在他们正中间找到一丝不一样。

双胞胎宝宝雪花找不同游戏

雪花的生长发育受很多要素牵制,例如溫度和环境湿度:较大、最漂亮的雪花通常在-22℃~-10℃的标准下生长发育,在这个温度范围内,气体的环境湿度越高、水蒸汽越饱和状态,雪花就越好看;-10℃~-3℃的云彩中转化成大量的是纤维状或管形的雪晶;而在小于-22℃的湿冷云彩中,冰晶生长发育的速率较慢,这儿会造成很多细微的雪粉或钻石尘。

雪花样子与温度湿度的关联

除开温度湿度会危害雪花的样子外,气体流动性的速率、渗流、冷暖空气的更替转变,及其雪晶颗粒物中间因为撞击磨擦所造成的静电感应这些全是关键的影响因素。冰晶的生长发育个人行为在于云物理、水的改变、结晶表层的分子式和动力学模型。这种因素这般繁杂,以致于没人真实掌握它的一切。

小结:

在我们说雪花时,一般指的是雪晶,也就是由水分子构成的单个冰晶。在这个雪晶中,全部的水分子排成精准的六边形列阵,因而显示信息出大家都了解的六重对称性特点。

试验室转化成的雪花,几近极致

很多情况下雪花是一个较为含糊的叫法,你能将一片雪晶称之为雪花,有时候也将一大团互相纠缠不清黏连在一起的雪晶称之为雪花,文中所讨论的实际上便是单一的雪晶。

根据对雪晶产生全过程的剖析,你应该掌握:世界上并沒有肯定极致对称性的雪花,也不会有两块完全一致的雪花。由于即便 是一粒样子极致的冰晶,当空气中的水分子和低温水珠在它的每个上面沉积生长发育时,其样子和尺寸也会造成 细微的区别,这种小差别慢慢积累,最后将造成 每个树茎样子的显著差别;一样地,因为不会有以同样部位、同样样子、另外以同样运动轨迹健身运动的两块雪晶,生长发育标准的差别决策了全世界不会有两块完全一致的雪花。

也许这才算是自然界的奇妙的地方吧!