很多人都知道“世界上没有两朵相同的雪花”这句古老的格言,但最新研究显示,对较小的雪晶而言,这句格言也许不一定正确。
人们都知道,雪花是由雪晶粘连而成的,有的雪花能含有几百个雪晶。美丽的雪花不仅让研究它们的科学家感到惊叹,而且在全球变暖这个热点议题上,它们可能也扮演了重要的角色。研究人员现在相信,存在于大气中的冰晶,在臭氧损耗过程中可能起着催化剂的作用。此外,冰晶对雷电的产生也有着重要的影响,它们能促使电荷在云层间聚集。
日本立命馆大学的大气物理学家乔恩·纳尔逊研究雪花已经历时15年。他估计,每年,落在地球上的雪约为10的15次方立方英尺,其重量也约为10的15次方千克。
典型雪晶(大冰晶)的重量约为1克的百万分之一,1立方英尺的雪约含有10亿个雪晶。纳尔逊说,每年落到地球上的雪晶数约为10的24次方,不过,“如果有科学家说我落了1到2个零,我不会提出异议”。多数雪花不足半英寸大,最小的也许只有十分之一毫米,但在一些特别情况下,也能形成2英寸的大雪花。
雪晶起源于漂浮在云层中的尘粒,附着在尘粒上的水蒸汽在冷却到冰点以下时,就开始凝固,形成冰晶。水分子由两个氢原子以及一个氧原子组成,氢原子与氧原子间的结合角度使冰晶多呈现为六角形。
雪晶的形状取决于它下降时所遇到的温度和湿度。纳尔逊说:“可以有把握地说,雪晶形状的多样性,超过了目前已知道的原子数目。”但是,“世界上没有两朵相同的雪花”这句格言可能只适用于大雪花,而不适用于小雪晶。
纳尔逊表示,有时我们能看到降下来的雪不是片状的雪花,而是一些没有长大的雪晶。“如果将落下来的雪晶也算为雪花,如果我们把相像性定义为很难在显微镜下区别它们,我们可以说,世上有这样两朵非常相像的雪花,虽然它们不易被发现。不过,假设有100万个雪晶,你可以在1秒内比较出一对雪晶,那么比较所有这些雪晶,也需要千百年。”