第二十五部分
這和水的結晶習性有關。天然水凍結的冰和大氣中水汽凝華結晶的雪,它們的結晶學特性,都屬於六方晶係。六方晶係具有四個結晶軸——一個主軸加上三個輔軸。三個輔軸分布在同一個平麵上,互相以六十度的角度對稱相交。主晶軸就從三個輔軸的交點上引申出來,並垂直於輔軸所構成的平麵。六方晶係最典型的代表就像是幾何學上的一個正六麵柱體。
雪花晶體
當水汽凝華結晶的時候,如果主晶軸比其他三個輔軸發育緩慢,並且較短,那麼,雪的形狀就成為六角形雪片,要是主晶軸發育很快,延伸較長,那麼,雪的形狀就成為六棱柱狀。大氣層裏的溫度,對雪花的形狀起著很大的作用。溫度高,容易產生六角形雪片,溫度低,則往往容易產生柱狀雪晶。根據許多科學家的觀測研究,大氣層溫度在-25℃以下時,雪的形狀多數是主晶軸發育的六棱柱狀;溫度在-25℃~-15℃時,雪的晶體大多是六角形雪片;溫度在-15℃~0℃時,天空裏降落的則多數是美麗的六角星形的雪花。
冰冷的雪為什麼具有保溫的作用呢?
這是因為空氣是不良導體的緣故。任何一個物體,它本身都能通過熱量,這種能夠通過熱量的性能,稱作物體的導熱性。在自然界常見的幾種物質中,空氣的導熱性最差。所以物體裏容納的空氣越多,它的導熱性就越差。由於積雪裏所能容納的空氣量變化幅度較大,因此,積雪的導熱係數變化幅度也較大。一般剛下的新雪孔隙大,保溫效應最好,到春天融雪後期,積雪為水所浸漬,這時它的導熱係數就更接近於水了,積雪的保溫作用便趨於消失。
霜的形成
霜的形成與所附著的物體的屬性有關。當物體表麵的溫度很低,而物體表麵附近的空氣溫度卻比較高,那麼在空氣和物體表麵之間有一個溫度差。如果物體表麵與空氣之間的溫度差主要是由物體表麵輻射冷卻造成的,則在較暖的空氣和較冷的物體表麵相接觸時空氣就會冷卻,達到水汽過飽和的時候多餘的水汽就會析出。如果溫度在0°C以下,則多餘的水汽就在物體表麵上凝結為冰晶,這就是霜。霜總是在有利於物體表麵輻射冷卻的天氣條件下形成。由於雲對地麵物體夜間的輻射冷卻有妨礙作用,所以天空有雲時不利於霜的形成,因此,霜大都出現在晴朗的夜晚,也就是地麵輻射冷卻強烈的時候。此外,風對於霜的形成也有影響。有微風的時候,空氣緩慢地流過冷物體表麵,不斷地供應著水汽,有利於霜的形成。但是,風大的時候,由於空氣流動得很快,接觸冷物體表麵的時間太短,同時風大的時候,上下層的空氣容易互相混合,不利於溫度降低,從而也會妨礙霜的形成。大致說來,當風速達到3級或3級以上時,霜就不容易形成了。因此,霜一股形成在寒冷季節裏晴朗、微風或無風的夜晚。