雪花產(chǎn)生的科學(xué)原理是什么
相信北方的朋友都有看到過(guò)雪花，但是大多數(shù)的人不清楚雪花是如何產(chǎn)生的。下面為您精心推薦了雪花產(chǎn)生的科學(xué)原理，希望對(duì)您有所幫助。
雪花產(chǎn)生的原理
下雪是一種自然現(xiàn)象，空中的水汽凝華后，又重新落到地面上的過(guò)程，水是地球上各種生靈存在的根本，水的變化和運(yùn)動(dòng)造就了我們今天的世界。在地球上，水是不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)的，海洋和地面上的水受熱蒸發(fā)到天空中，這些水汽又隨著風(fēng)運(yùn)動(dòng)到別的地方，當(dāng)它們遇到冷空氣，形成降水又重新回到地球表面。這種降水分為兩種：一種是液態(tài)降水，這就是下雨;另一種是固態(tài)降水，這就是下雪或下冰雹等。
大氣里以固態(tài)形式落到地球表面上的降水，叫做大氣固態(tài)降水。雪是大氣固態(tài)降水中的一種最廣泛、最普遍、最主要的形式。大氣固態(tài)降水是多種多樣的，除了美麗的雪花以外，還包括能造成很大危害的冰雹，還有我們不經(jīng)常見(jiàn)到的雪霰和冰粒。
大氣固態(tài)降水分為十種：雪片、星形雪花、柱狀雪晶、針狀雪晶、多枝狀雪晶、軸狀雪晶、不規(guī)則雪晶、霰、冰粒和雹。前面的七種統(tǒng)稱為雪。為什么后面三種不能叫做雪呢?原來(lái)由氣態(tài)的水汽變成固態(tài)的水有兩個(gè)過(guò)程，一個(gè)是水汽先變成水，然后水再凝結(jié)成冰晶;還有一種是水汽不經(jīng)過(guò)水，直接變成冰晶，這種過(guò)程叫做水的凝華。所以說(shuō)雪是天空中的水汽經(jīng)凝華而來(lái)的固態(tài)降水。
雪花形成條件
一個(gè)條件是水汽飽和�？諝庠谀骋粋�(gè)溫度下所能包含的最大水汽量，叫做飽和水汽量�？諝膺_(dá)到飽和時(shí)的溫度，叫做露點(diǎn)。飽和的空氣冷卻到露點(diǎn)以下的溫度時(shí)，空氣里就有多余的水汽變成水滴或冰晶。因?yàn)楸骘柡退勘人嬉�，所以冰晶生長(zhǎng)所要求的水汽飽和程度比水滴要低。也就是說(shuō)，水滴必須在相對(duì)濕度(相對(duì)濕度是指空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下空氣的飽和水汽壓的比值)不小于100%時(shí)才能增長(zhǎng);而冰晶呢，往往相對(duì)濕度不足100%時(shí)也能增長(zhǎng)。例如，空氣溫度為-20℃時(shí)，相對(duì)濕度只有80%，冰晶就能增長(zhǎng)了。氣溫越低，冰晶增長(zhǎng)所需要的濕度越小。因此，在高空低溫環(huán)境里，冰晶比水滴更容易產(chǎn)生。
另一個(gè)條件是空氣里必須有凝結(jié)核。有人做過(guò)試驗(yàn)，如果沒(méi)有凝結(jié)核，空氣里的水汽，過(guò)飽和到相對(duì)濕度500%以上的程度，才有可能凝聚成水滴。但這樣大的過(guò)飽和現(xiàn)象在自然大氣里是不會(huì)存在的。所以沒(méi)有凝結(jié)核的話，我們地球上就很難能見(jiàn)到雨雪。凝結(jié)核是一些懸浮在空中的很微小的.固體微粒。最理想的凝結(jié)核是那些吸收水分最強(qiáng)的物質(zhì)微粒。比如說(shuō)海鹽、硫酸、氮和其它一些化學(xué)物質(zhì)的微粒。所以我們有時(shí)才會(huì)見(jiàn)到天空中有云，卻不見(jiàn)降雪，在這種情況下人們往往采用人工降雪。
雪花形成過(guò)程
雪花的形狀極多,而且十分美麗.如果把雪花放在放大鏡下,可以發(fā)現(xiàn)每片雪花都是一幅極其精美的圖案,連許多藝術(shù)家都贊嘆不止。但是，各種各樣的雪花形狀是怎樣形成的呢?雪花大都是六角形的，這是因?yàn)檠┗▽儆诹骄�。云中雪�?quot;胚胎"的小冰晶，主要有兩種形狀。一種呈六棱體狀，長(zhǎng)而細(xì)，叫柱晶，但有時(shí)它的兩端是尖的，樣子像一根針，叫針晶。另一種則呈六角形的薄片狀，就像從六棱鉛筆上切下來(lái)的薄片那樣，叫片晶。
原來(lái)，在冰晶增長(zhǎng)的同時(shí)，冰晶附近的水汽會(huì)被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，過(guò)飽和程度越低。在緊靠冰晶表面的地方，因?yàn)槎嘤嗟乃家涯A在冰晶上了，所以剛剛達(dá)到飽和。這樣，靠近冰晶處的水汽密度就要比離它遠(yuǎn)的地方小。水汽就從冰晶周圍向冰晶所在處移動(dòng)。水汽分子首先遇到冰晶的各個(gè)角棱和凸出部分，并在這里凝華而使冰晶增長(zhǎng)。于是冰晶的各個(gè)角棱和凸出部分將首先迅速地增長(zhǎng)，而逐漸成為枝叉狀。以后，又因?yàn)橥瑯拥脑蛟诟鱾�(gè)枝叉和角棱處長(zhǎng)出新的小枝叉來(lái)。與此同時(shí)，在各個(gè)角棱和枝叉之間的凹陷處�？諝庖呀�(jīng)不再是飽和的了。有時(shí)，在這里甚至有升華過(guò)程，以致水汽被輸送到其他地方去。這樣就使得角棱和枝叉更為突出，而慢慢地形成了我們熟悉的星狀雪花。
上面說(shuō)的實(shí)際上是一個(gè)典型的星狀雪花的形成過(guò)程。它的相當(dāng)部位，不論形狀或大小，都應(yīng)當(dāng)是相同的。這種典型的星狀雪花只有在一個(gè)理想的、平靜的環(huán)境中(譬如在實(shí)驗(yàn)室內(nèi))才能形成。在大氣中，它不能象上面說(shuō)的那樣有步驟地增大，所形成的形狀也就不能那樣典型。這是因?yàn)楸е饾u在下降著，而且有時(shí)在旋轉(zhuǎn)著，各個(gè)枝叉接觸水汽的多少有所不同，而那些接觸水汽較多的枝又便增長(zhǎng)得較多。因此，我們平常所看到的雪花雖大體上一樣但又互不相同。
以上所述都是單個(gè)雪花的情況。在雪花下降時(shí)，各個(gè)雪花也很容易互相攀附并合在一起，成為更大的雪片。雪花的并合大多在以下三種情況下出觀：(1)當(dāng)溫度低于0℃的時(shí)候，雪花在緩慢下降的途中相撞。碰撞產(chǎn)生了壓力和熱，使相撞部分有些融化而彼此沾附在一起，隨后這些融化的水又立即凍結(jié)起來(lái)。這樣，兩個(gè)雪花就并合到一起了。(2)在溫度略高于0℃的時(shí)候，雪花上本來(lái)已覆有一層水膜，這時(shí)如果兩個(gè)雪花相碰，便借著水的表面張力而沾合在一起。(3)如果雪花的枝叉很復(fù)雜，則兩個(gè)雪花也可以只因簡(jiǎn)單的攀連而相掛在一起。
雪花從云中下降到地面，路途很長(zhǎng)，在條件適合時(shí)，可以經(jīng)多次攀連并合而變得很大。在降大雪的時(shí)候，有時(shí)有一些鵝毛般的大雪片，就是經(jīng)過(guò)多次并合而成的。但是，有時(shí)雪花互碰時(shí)不是互相并合在一起，而是給碰破了，這時(shí)便產(chǎn)生一些畸形的雪花。例如，在降雪的時(shí)候，有時(shí)會(huì)見(jiàn)到一些單個(gè)的"星枝"，就屬于這種情況。
當(dāng)實(shí)有水汽壓僅大于平面的飽和水汽壓時(shí)，水汽只在面上凝華，形成的是柱狀雪花。
當(dāng)實(shí)有水汽壓大于邊上的飽和水汽壓時(shí)，邊上和面上都會(huì)發(fā)生凝華。由于邊上水汽供應(yīng)較充分，故在冰晶邊上凝華比面上快，多形成片狀雪花。
當(dāng)實(shí)有水汽壓大于角上的飽和水汽壓時(shí)，面上、邊上、角上都有水汽凝華，但尖角處位置突出，水汽供應(yīng)最充分，凝華增長(zhǎng)得最快，故多形成枝狀或星狀雪。
又由于冰晶不停地運(yùn)動(dòng)，它所處的溫度和濕度條件也不斷變化，這就使得冰晶各部分增長(zhǎng)的速度不一致，形成多種多樣的雪花。
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