您所在的位置:科技谜题

科学家揭秘雪花变薄原因:最薄处锋利如刀片

雪晶体以不断变化的各种美丽形状出现
据报道,很少有人关注雪花的雪晶构造,都认为它们是从天上掉落下来的。
在20世纪90年代后期,物理学家利布雷希特博士对细小的白色晶体有了兴趣,他那时候已经对太阳和宇宙重力波有了较深刻的研究。他碰巧阅读了一篇描述一种常见的雪花结构之一的冠柱晶结构,这种结构在显微镜下看起来就像一种冰线轴。这样的雪花以六角雪结晶的形态降落。伴随着冰晶的形成,空气中的水分子与它形成了微小的圆柱。当在云层中的某处达到促使它成长为层状结构的条件后,它将在圆柱的两端形成层状结构。
利布雷希特博士说:“读过冠柱晶后,我只是想,我在冰雪的国家长大,我怎么从来没看到这些雪花怎么出现的。”再一次回到北达科他州家乡的时候,他将放大镜放到外面。他说:“我看到冠柱晶了,我看到了所有这些不同的雪花,这很简单,只是我从来没有去看过。”
利布雷希特博士在安大略省北部拍摄的照片显示
,这个不同寻常的雪晶正在进行尖角效应。
从那以后,他出版了7本关于雪花照片的书,包括一本给雪花观察爱好者的领域指南。他的雪花图片文库宣称超过10000张雪花照片。但是利布雷希特是一个物理学家,因此除了捕捉那些令人惊奇的照片之外,他想了解分子动态并描述雪结晶是如何形成的。因此,他在实验室研究了形成和分析雪花的方法。
现在利布雷希特相信,他正逐渐揭开雪花学科主要的悬疑问题之一,这问题使他多年前开始在心中对冠柱晶感兴趣。在75年前,科学家们已经了解雪花产生的云层条件,雪结晶的形成遵循了一个标准模型:接近-2°C,它们开始变薄成为层状结构;接近-5°C,它们产生细长柱和针状物;接近-15°C,事实上它们变成薄板状;在-30°C的温度以下时,它们变回圆柱形。但是没有人能够解释为什么如此小的温差会导致雪花构造产生如此显著的变化。
雪结晶在不同的温度下形成不同的形状,
事实上这个变化发生的原因仍然是个科学难题
利布雷希特开始观察在-15°C高湿度环境下形成的最薄最大的层状雪花。一些雪花大约跟剃须刀刀片一样锋利。他宣称在试验中发现,雪花形成的不稳定性或者锐化效应。当雪结晶在-15°C形成,它的上边缘开始形成一个小突起,并开始在顶部变尖。从根本上说,这个突起部位是距离湿空气稍远一点,因此它们形成的更迅速。然后开始了一个循环:“那个突起一出现就变得尖锐,然后开始加速生长。如果生长加速,那么它将变得更尖锐,这就产生了一个正反馈影响效果。它将在空气中远的越来越大也越来越薄,最终你将得到一个真正的美丽雪花。
如果这个锐化效应也在其它的温度发生,这是有可能的,那么它将解释如此小的温差变化如何能导致如此不同的原始雪花结构。仅仅通过改变方向,锐化效应就能导致薄板或者细长柱。这是一个很大的困惑,因为你现在不需要作出这些巨大的改变来得到不同的结构。你只是需要解释为什么不稳定性在某些温度会形成平板结构,而在另外的温度却会形成圆柱结构。这个快速转变的锐化效应很好的解释了为什么当温差只有几度变化时,冰的增长率如何能通过1000因子之一发生改变。
利布雷希特目前还不能完全解释产生锐化效应的潜在分子机制,或为什么不同的温度会导致雪晶形成时在不同的表面形成尖角。但是他认为这是一次雪花学科真正的进步。现在你可以解释为什么层状结构如此薄和圆柱体如此长了。

  设为首页 | 关于我们  |   版权信息  |  隐私保护  |  免责声明  |  合作伙伴  |  联系我们
 中华自然科学网(SCICN.NET), All Rights Reserved
  冀ICP备17034147号   客服及报障邮箱:sci@scicn.net