雪花為什麼是六角形的?
大氣中的水分子在冷卻到冰點以下時,就開始凝華,而形成水的晶體,即冰晶。冰晶屬六方晶系,而由冰晶結合成的雪花也就呈現出六角形。
人們很早就留意雪花的形狀。中國西漢時代的韓嬰就發現:“凡草木花多五出,雪花獨六出。”即雪花是六瓣、六角形的。雪花有多種多樣的形態,但每一片雪花都是六角形的,這是大自然呈現給我們的美麗,也是給我們出的一道課題。那麼雪花為什麼多為六角形呢?
因為雪花的基本組織是冰胚,每一個冰胚是由5個水分子組成。其中4個水分子分別在1個四面體的頂角上,另有1個水分子位於四面體中心。許多冰胚互相連接,就組成了冰晶,許多冰晶結合,就形成了雪花。因此雪花之所以呈六角形,是與一些水分子怎樣結合成為冰胚,以及冰胚怎樣結合成冰晶等有關。
如果冰胚平排地結合,不單可以使我們看出最初的六邊形結晶,而且還可以看出由於水分子一個一個結合上去,新的六邊形結晶是怎樣從原有六邊形雪花中增長起來的。
雪花主要有兩種形狀,六稜體狀和六角形薄片狀。六稜體狀雪花形狀尖細,角形薄片狀的雪花則像從鉛筆刀上削下的薄片的鉛筆屑。如果雪花周圍的空氣過飽和程度較高,冰晶則會增長很快,體積不斷增大時形狀也會隨之改變。通常六角形薄片狀會演變成六角形星狀雪花。
當它增大到一定程度由於重力作用而下降時,仍保持原來的形狀,成為六稜柱狀或六角形薄片狀的雪花。如果雪花周圍的空氣過飽和程度較高,冰晶則會增長很快,體積不斷增大時形狀也會隨之改變。通常六角形薄片狀會演變成六角形星狀雪花。
根據研究,雪花在空中飄浮時本身還會振動,這種振動,是環繞對稱點而進行的。這樣,就保證了在增長過程中的雪花,始終保持六邊形。至於六邊形的千姿百態,則與雪花在空中飄浮時,空中的温度和濕度條件不同有關。有人還專門研究過不同形狀的雪花,竟然有6000多種不同的細微形態!
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