每一片雪花都是独一无二的吗?

由:内森金德勒

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每个雪花怎么可能是不同的?答案涉及水蒸气,温度和概率。
©Jefunne / Istock / ThinkStock

下次你用舌头舔到雪花的时候,你可能会停下来想想雪花漫长而艰难的境遇。那些精致而复杂的晶体在坠落到地面之前已经飞行了许多英里,与它们的数万亿表兄弟在一起。尽管雪花成群结队地飞来飞去,但在雪滑的街道上,人们的说法是,没有两片雪花是一样的。每一片雪花真的都不一样吗?

简短的回答是肯定的,雪花确实彼此不同。你可能会发现有些雪花非常相似(特别是在雪花发育的初期),但完全成形的雪花确实在结构上有所不同,即使只是在很小的程度上。

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了解为什么雪花采取独特的形式意味着了解它们首先形成的方式。这一切都从地球表面开始,因为水从海洋,河流和湖泊蒸发,并以气态水蒸气形式升起,我们有时会看到

夏天的时候,那些云在天空中漂浮,提供了荫凉,打破了蓝色的地平线。但是在冬天,事情就变了。冷空气迫使水蒸气分子变成小液滴,这些液滴倾向于凝结在附近的任何微粒物质上,例如花粉或灰尘。这些微小的冰晶是即将长成的雪花的雏形。

这些晶体漂浮在天空中,与水蒸气分子相撞。当水蒸气接触到晶体时,水蒸气直接从气体状态跳到固体晶体,加入到雪花的原始核中。这个过程一次又一次地发生,雪花从几乎难以察觉的晶体变成了更大的雪花,在适当的条件下,它会掉到地上,当你意识到你的燃气吹雪机坏了时,可能会让你说很多脏话。

尽管如此,我们还是很难相信,在一片雪花纷飞的天空中,没有两个是一样的。在下一页中,你将看到薄片制作过程实际上是如何确保这些小晶体都是独一无二的,即使它们掉了数十亿个。

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雪花是怎么形成的?

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虽然一堆雪花看起来是一致的,但每一片单独的雪花都有自己的特点。
©photos.com / thinkstock

当最初的冰晶聚集在一组初生的雪花中时,新的雪花往往看起来惊人地相似。这在很大程度上是由于冰晶通常呈六边形晶格形状,这是由于氢原子与氧原子结合形成水的方式。

冰晶的某些边缘是锯齿状的。这些粗糙,不均匀的区域吸引了比六边形更平滑和更均匀的六角形的水分。每个小臂萌芽更多,成长为复杂和均匀的雪花。

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如果雪花的发展在出生的前几个时刻停止,我们会带来更多的薄片,这看起来怀疑地相似。但是雪花保持越来越多的晶体,以鲜明的图案彼此聚集在一起。

当这些水晶团继续他们的雪花节时,其他客人也来参加雪花制作派对。它们以环境因素的形式存在,尤其是湿度和温度。这两者在雪花是越来越大还是逐渐消失中都起着重要作用。

您可以想象临界温度是冰晶形成和结构。温度在27和32华氏度(-2.8和0摄氏度)之间,晶体采用板状或棱镜外观。这些是典型的六臂雪花,缺乏视觉吸引力。

将温度降低几度,然后将看到类似针的结构。中空柱在较低的温度下发育。当它疯狂时,你会看到星星发芽蕨类植物

降低湿度往往会导致更平坦的薄片。较高的湿度意味着边缘和角落的晶体开发。

在非常寒冷的温度下增加一些额外的水分,雪花可能会突然变得迷人的美丽。它们包含了大量交叉的盘子、针和空间,微小的杰作从天堂坠落。

它们可能会形成微小的颗粒状薄片。或者他们会一层一层地叠加,直到形成巨大的雪花,就像1887年在蒙大拿落下的破纪录的15英寸(38厘米)宽的雪花一样。

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一片雪花可以包含一千万亿分子。“width=
一片雪花可以包含一千万亿分子。
©Marccophoto / iStock /思想库

物理和天气条件决定雪花形状和尺寸。数学决定那些薄片是独一无二的。

考虑到每一片雪花都是由大量的水分子组成的。据估计,一片薄片可能有多达1的万亿分子[来源:华盛顿邮报]。因为雪花的每个小分支都可以产生许多其他人,所以各种晶体功能都有几十个方法加入。有许多可能的安排是一些科学家表示,有两倍可能的水晶组合整个宇宙中的原子[来源:裸体科学家]。

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这些数字如此之大,我们无法真正理解它们。但是,如果数学持有,那些数字意味着任何两个雪花都有不太可能是或者会完全相同的。

此外,在任何特定的情况下,在雪花形成中播放的各种其他因素。即使是温度和湿度最小的波动也改变了晶体结构。像灰尘一样的分钟杂质也改变了晶体。水分子与现有晶体也碰撞的角度也是如此。

在旋转大气层地球表面上方的英里,所有这些变量都不断变化。在一个小空间中保持的条件只是一个微小的比特,与任何方向不同的一英寸,并且所有它的全部都以无限的方式转变晶体和后续雪花。

雪花互相粉碎,因为它们通过空气缩放并俯冲。他们的分支机构粉碎,新的形式,增加了每个半透明的小片的唯一性。

所以雪花真的在他们的特殊性上几乎是无限的。他们周围世界各地的世界和宇宙的奇怪和不断变化的微小和短暂的毒品。

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更多信息

作者的注意:每一个雪花实际上是独一无二的吗?

当我研究这篇文章时,我惊讶地发现历史上最大的雪花大约有15英寸宽。当然,并没有确凿的证据证明这些巨大的薄片的存在。但科学家们表示,大约6英寸的巨大雪花确实经常落在我们的星球上,所以在合适的条件下,它们可能会变得更大,这似乎是合理的。如果我有幸看到几乎和篮球一样大的雪花,我不知道自己是会兴奋还是害怕……但这绝对是一次难忘的经历。

有关的故事

  • 弗朗西斯,马修R.“为什么雪花总是六面?”双XX科学。2012年2月3日。(2014年12月18日)http://www.doublexscience.org/orwhy-are-snowflakes-always-six-side/
  • Gose,TIA。“Megadunes和Hoar Frost:雪的6个事实。”爱情。2013年2月9日。(2014年12月18日)http://www.livescience.com/26986-6-facts-about-snow.html
  • 格里芬,茱莉亚。《雪花的科学,以及为什么没有两种雪花是一样的》PBS。2011年12月22日。(2014年12月18日)http://www.pbs.org/newshour/rundown/the-science-of-snowflakes/
  • 国会图书馆。“没有两颗雪晶是一样的,这是真的吗?”(2014年12月18日)http://www.loc.gov/rr/scitech/mysteries/snowcrystals.html
  • 美国国家海洋和大气管理局。《雪花是如何形成的?》2013年12月10日。(2014年12月18日)http://www.noaa.gov/features/02_monitoring/snowflakes_2013.html
  • 帕尔默,布莱恩。“为什么没有两个雪花是一样的。”华盛顿邮报。2011年11月14日。(2014年12月18日)http://www.washingtonpost.com/national/health-sciences/why-no-two-snowflakes-are-the-same/2011/11/07/giqalwznln_story.html.
  • 罗阿赫,约翰。“”没有两个雪花相同“可能是真实的,研究揭示。”国家地理。2007年2月13日。(2014年12月18日)http://news.nationationalgographic.com/news/2007/02/070213-snowflake.html
  • Zentile,凯瑟琳。《雪花的科学》赤裸裸的科学家。2007年12月22日。(2014年12月18日)http://www.thenakedscientists.com/HTML/articles/article/science-of-snowflakes/

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