雪花是如何形成的?

主要体现在结晶学上。

结晶学能让我们了解雪花凝结中,原子之间的排列构造。

尽管它们成形条件相同,但一旦开始结晶,就不会形成两片一模一样的雪花。

各种各样的雪花形状都有可能形成。

雪花的形成,始于云层中漂浮的晶粒、空气中的水蒸气,吸附在尘粒上。

上面的水滴凝结成冰,逐渐凝固形成晶面。

然后,慢慢形成了一个六棱冰柱。

在每个棱柱面上会形成凹陷,这是因为边缘结晶的生成速率最快。

结晶生成速率较快的拐角处,首先生成出六个晶枝。

每个晶枝上的线纹是由冰棱的凸脊和凹槽交错形成,这六个晶枝慢慢形成六边形的棱边。

这是由于水分子,在结晶中形成了化学键。

当温度降至-13摄氏度(9华氏度)时,晶枝顶端就会形成新的细窄的晶枝。

在-14摄氏度(6华氏度)时,每个晶枝继续分支。

处于冷空气中的雪花晶体,迅速接触到暖空气,导致越来越多的侧枝生成。

晶体温度逐渐升高,使得枝端变得窄长。

结晶体进入更暖的空气后,其生长变缓且枝端变宽,最终精美独特的雪花。

多年以来,结晶学家们一直把雪花晶体作为一个主要的研究对象。

根据它们原子排列的不同分成了不同种类:柱状、盘状、团聚状、框状、菌状、不规则状及其他形状。

在20世纪30年代,雪花被分成了21种不同的类型。

但是截至2013年,分类的数量已经飙升到121种了。

为了观察雪花晶体的微观结构,科学家通常会发射一束X光穿透雪花的样品。

X光被所有雪花中的原子反射后,朝著所有不同的方向发散,就像舞厅的闪光灯球四散反射。

通过观察光线消失的地方,我们能整理出雪花中的原子是以怎样的排列存在的,从而能在原子水平看到它们的形状。

直到今天,雪花的晶体形状还在增加。

因为不断变化的环境会导致雪花产生各种令人称奇的形状。

只要环境在变,谁也无法预料科学家们会把发现的新晶形分为哪一类。


基本原因是当水分子冻结并结合在一起时,它们形成六个分子的六边形。这种六边形形状设定了基本的晶体结构和透明平面,因此当晶体生长到宏观尺寸时,它们倾向于复制那种基本的六面晶体结构。根据空气温度和湿度,这些可以是简单的六边形板,长六角形针或分形状的薄片。

雪花具有微小六边形的形状。雪花或树枝状花序的六个「臂」然后独立于六边形的每个角落生长,而每个臂的任一侧独立生长。当雪花落入云层时,雪花生长的微环境会发生动态变化,温度和湿度的微小变化会影响水分子附著在雪花上的方式,因为附著方式不同,所以每一片雪花也都不同。


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