雪花的故事

王奉安

有這樣一條謎語(yǔ)，謎面是：“青石靠青臺(tái)，花在石上開，是花都有葉，你往無(wú)葉上猜?！?/p>

這條謎語(yǔ)是打一冬天里的自然現(xiàn)象，謎底就是雪花。

雪，不僅為大自然增添了色彩，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還有大益處。常言道：“瑞雪兆豐年?！惫湃讼矚g賞雪吟詩(shī)，歷史上有許多對(duì)雪景的生動(dòng)描寫。比如，高駢的“六出飛花入戶時(shí)，坐看青竹變瓊枝”，岑參的“忽如一夜春風(fēng)來，千樹萬(wàn)樹梨花開”，等等，都流傳久廣、膾炙人口。

雪花的微觀世界

古代詩(shī)人對(duì)雪景的描寫盡管細(xì)膩。但他們描寫的都是宏觀世界，對(duì)雪花的微觀世界所知甚少。如果在飄雪的時(shí)候，你在室外用放大鏡觀察落在深色衣服上的雪花就會(huì)發(fā)現(xiàn)，雪花的基本形狀是六角形的，它和自然界中生長(zhǎng)的植物的花朵很不同，自然界中生長(zhǎng)的花大都是5瓣的。西漢時(shí)有一本叫《韓詩(shī)外傳》的書，作者韓嬰對(duì)雪花倒是觀察入微，他在書中寫道：“凡草木花多五出。雪花獨(dú)六出?！?/p>

雪花不僅是6個(gè)“瓣”，更有趣的是，每個(gè)雪花都有自己的模樣，誰(shuí)和誰(shuí)都不會(huì)完全相同。但不管雪花的形狀如何千變?nèi)f化，它們的基本形狀始終離不開“六”字：有的像匠心雕刻的六邊形，有的像放射光芒的六角形，有的像有六條主脈縱橫交織的蛛網(wǎng)……這是為什么呢?

云層是孕育雪花的地方，雪花就是由云中的水汽在冰晶上不斷凝華而成的。由于這個(gè)冰晶本身就具有六角形結(jié)構(gòu)，叫做“六方晶系”，所以，形成的雪花也是六角形的。晶核生長(zhǎng)的形狀大體有3種趨勢(shì)：長(zhǎng)而細(xì)的六棱柱形晶柱、兩頭尖尖有如一根針的晶針和很薄的六邊形晶片。如果它們周圍的水汽濃度較低，冰晶的增長(zhǎng)緩慢，而且各邊均勻增長(zhǎng)；如果周圍水汽濃度較大，那么增長(zhǎng)過程中形成雪花的冰晶不僅體積會(huì)增大，形狀也會(huì)改變，最常見的就是天空中飄落的六邊形雪花。為什么雪花都傾向于六邊形呢?原來冰晶增長(zhǎng)時(shí)要消耗附近的水汽，所以，越靠近冰晶的地方水汽越稀薄，稍遠(yuǎn)處的水汽自然過來補(bǔ)充。它們首先遇到的就是正在向前伸展的尖角，于是，各個(gè)尖角迅速加長(zhǎng)，逐漸成為樹枝狀。由于同樣原因，這些“樹枝”上又長(zhǎng)出新小枝權(quán)，周而復(fù)始就形成了我們所見到的六邊彤雪花。形成雪花之前的冰晶受周圍環(huán)境的影響，位于底面上的正六邊形和側(cè)面長(zhǎng)方體的晶體生長(zhǎng)速度出現(xiàn)差異.形狀也相應(yīng)發(fā)生變化，比如氣溫會(huì)給結(jié)晶表面帶來微妙變化，接近0℃時(shí)底面水平擴(kuò)展成六邊形，5℃時(shí)形成針狀，氣溫降到-5～-10℃時(shí)。側(cè)面上開始生成正六棱柱體及側(cè)面鏤空的六棱柱體，-15℃時(shí)形成樹枝狀，在氣溫降至-10～-21℃時(shí)，正六邊形又開始擴(kuò)展，繼而再生成六棱柱體。

周圍水汽含量較少時(shí)，雪花的生成過程也較慢，而且不易出現(xiàn)復(fù)雜形狀。相反，水汽含量越大，雪花的生成速度越快，形狀也越復(fù)雜。被人們稱作“雪花”的樹枝狀雪晶往往生成于15℃左右、含有大量水汽的環(huán)境中。盡管晶體的形成速度取決于溫度及水汽濃度，但空氣中的其他氣體也會(huì)影響它的形成。實(shí)驗(yàn)表明，在只有水汽的真空空間里形成的冰晶幾乎都有單三棱柱體，而在天空中形成的晶體則呈現(xiàn)針狀和六棱柱形狀。經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算可以再現(xiàn)冰晶向6個(gè)方向延伸的形狀，而冰晶中途分叉、呈現(xiàn)樹枝狀的原因。人們始終無(wú)法解釋。雪花美妙無(wú)比的點(diǎn)對(duì)稱的分枝方式，其產(chǎn)生機(jī)理，至今仍是一個(gè)謎。根據(jù)科研上的需要，國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)的冰雪委員會(huì)把雪花歸類為片狀、星狀、柱狀、針狀、立體枝狀、柱帽狀和不規(guī)則形狀共7種形狀。

鐘情霄花的人

為了研究這種“元葉的花”，許多人做出了巨大貢獻(xiàn)，乃至獻(xiàn)出了畢生精力。

1260年，澳大利亞人麥格鈉斯第一個(gè)將雪花記于書中。他認(rèn)為，雪花是星狀的，但沒有指出它們是六角狀。1611年，克普拉在歐洲寫了一本關(guān)于雪花的書，明確指出，雪花是六角形的；但他沒有很好地解釋雪花為什么是六角形的。1635年，笛卡爾觀測(cè)了雪花，并繪制了一些草圖，強(qiáng)調(diào)雪花的六角形規(guī)律性。1660年，巴塞列納斯出版了雪花素描圖，第一次指出雪花有晶狀分枝，還討論了晶體的幾何結(jié)構(gòu)。17世紀(jì)后半葉顯微鏡的發(fā)明，促進(jìn)了歐洲有關(guān)雪花晶體的研究。1665年，霍克在斯匹茨卑根與格陵蘭間航海時(shí)，將雪晶形狀與氣象條件首次聯(lián)系起來。1681年，意大利牧師羅賽鐵試對(duì)雪花分類，并對(duì)一個(gè)六角棱雪晶做了細(xì)致的描述。1833年，日本人土井利發(fā)表《雪花圖說》，這本書包含86個(gè)雪晶細(xì)節(jié)素描。1840年，他又出版了《續(xù)雪花圖說》，書中有97個(gè)素描。

到19世紀(jì)后半葉，歐洲因?yàn)橛辛朔糯蠹夹g(shù)，對(duì)雪晶的研究又進(jìn)一步廣泛起來，諾頓司開特及海爾曼拍攝了許多雪晶照片，將雪晶分為片狀、柱狀及片柱混合狀。1885年，美國(guó)的威爾遜花了極大精力拍攝了1萬(wàn)多張雪花照片，50年后，他挑選了2000幅各不相同的、好看的雪花圖案，編成非常壯觀的《雪花圖譜》。他對(duì)贊嘆不已的人們說：“上天降落到我手中的雪花是極少部分?！毖┗▽＜椅鬟d則斷言：“在地球表面，沒有兩片大小、形狀完全相同的雪花。”

20世紀(jì)初，對(duì)冰雪做過專項(xiàng)研究的日本物理學(xué)家中谷宇吉郎博士曾把雪比做“來自天空的信使”，并查明千差萬(wàn)別的雪的結(jié)晶形式取決于高空氣溫高低和水汽的多少。

雪花焉能“大如席”

“燕山雪花大如席，片片吹落軒轅臺(tái)”是詩(shī)人李白描寫雪花的名句。燕山在今河北薊縣東南，在詩(shī)中用采泛指我國(guó)北方。軒轅臺(tái)遺址在今河北懷來縣喬山上。后有人考證，詩(shī)中的“席”不是我們現(xiàn)在所說的雙人或者單人涼席，而是古人席地而坐的坐席，這樣一來，大如席的雪花就不算太夸張了。

那么，雪花究竟能有多大呢?前不久美國(guó)科學(xué)家在加拿大荒原遭遇暴風(fēng)雪，他們用激光探測(cè)器拍攝到了巨型雪花的照片。加州理工學(xué)院一位物理學(xué)教授稱，大雪花直徑一般有2～6英寸，質(zhì)地異常松軟。吉尼斯紀(jì)錄中的最大雪花直徑有15英寸，比平底鍋還要大。科學(xué)家分析說，雪花就是一個(gè)雪晶體，有很多形狀，樹模石形的雪花是最大的。巨形雪花容易在溫度剛剛高于冰點(diǎn)時(shí)形成，此時(shí)空中的溫度在O℃以下并接近0℃，雪花的并合能力特別大，很容易使許多雪花互相聯(lián)結(jié)起來，形成較大的雪片，以濕雪的形式降落下來。我國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)：從天空中降落的單個(gè)雪花晶體的直徑一般為0.5～3亳米，但經(jīng)過多次合并形成的大雪片，最大的直徑可達(dá)15毫米左右。

雪花晶體的大小與水汽凝華結(jié)晶時(shí)的溫度密切相關(guān)。天氣越冷，氣溫越低，雪花晶體越小，在天氣十分嚴(yán)寒時(shí)，形成的雪花晶體，其直徑往往不到0.05毫米。氣象學(xué)家經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)：當(dāng)空中溫度在-8～-5℃時(shí)，形成棱柱狀冰晶；當(dāng)溫度為-5～-3℃時(shí)，形成針狀冰晶；當(dāng)溫度達(dá)到-3～0℃時(shí)，生成薄薄的六角板狀冰晶。由此可見，在溫度為-3～0℃時(shí)，雪花形狀最大、最完整。在非常嚴(yán)寒時(shí)形成的雪花晶體反而很小，肉眼幾乎看不見，只有在陽(yáng)光下，人們才能發(fā)現(xiàn)像細(xì)粉狀的它們，這種雪被稱之為“干雪”。

彩色的雪

人們常用雪來形容潔白的顏色。其實(shí)，雪并非全是白色的，有時(shí)是五彩繽紛的。

紅雪是一種經(jīng)常在南、北極地帶出現(xiàn)的景象，有時(shí)人們?cè)诎柋八股?、蘇格蘭、格陵蘭海灣也會(huì)看到天降紅雪。1918年冬天，格陵蘭海灣突然下起了紅雪，這是由于暴風(fēng)將細(xì)小紅藻混雜在雪中形成的。1959年的一天，在南極上空，突然烏云密布，接著刮起了一場(chǎng)大暴風(fēng)。暴風(fēng)過后，飄起了紅色的大雪，那雪如鮮血一般鮮紅。1980年5月2日晚上，蒙古肯特巴省境內(nèi)也降了一場(chǎng)紅色的雪。經(jīng)化驗(yàn)表明，每立升紅雪中含有礦物質(zhì)148種，其中有未被溶解的錳、鈦、鋅、鉻和銀等化學(xué)元素。原來這是紅色的礦物質(zhì)微粒被狂風(fēng)卷到高空，成了雪花的凝結(jié)核所引起的。

100多年前，北冰洋的一個(gè)小島上，下了一場(chǎng)綠雪。整個(gè)山川大地披上了綠裝，遠(yuǎn)望濃綠欲滴，異常美麗?？茖W(xué)家們分析研究后認(rèn)為，這是海水里的綠色藻類被風(fēng)吹向天空，又在雪形成的時(shí)候混入了雪里而形成的。在西伯利亞地區(qū).綠雪和青雪更為常見，這種彩色的雪多與藻類和工業(yè)污染有關(guān)。

藻類植物不怕冷，可以在雪地里生長(zhǎng)。植物學(xué)家們根據(jù)藻類植物的顏色不同，把它們分為藍(lán)藻、綠藻、黃藻、紅藻、褐藻。彩色的雪，有不少就是這些藻類植物被暴風(fēng)刮到高空，和雪片相遇，黏在雪片上形成的。

至于其他的生物或非生物，也會(huì)形成彩色的雪。

1892年，意大利曾下過一場(chǎng)黑雪。這是因?yàn)閮|萬(wàn)個(gè)像針尖般大小的黑色小昆蟲，在天空中飛翔，結(jié)果沾在雪里降下的緣故。

1962年，蘇聯(lián)下過黃而略帶紅色的雪。雪后的地面仿佛鋪了一層黃紅色的地毯，十分美麗。這是風(fēng)把沙漠里的沙塵帶到高空，然后擴(kuò)散到遙遠(yuǎn)的地方，同雪花夾在一起落下來而形成的。

蘇格蘭也下過黑雪，那是因?yàn)橐恍┤紵怀浞值拿簾熈＃罅空丛谘┗ㄉ?，把白雪染黑了的緣故?/p>

不過，雪的“本質(zhì)”還是潔白的，看似神奇的彩色雪，只是雪花受到環(huán)境中的生物或非生物玷污而形成的。

夏日炎炎天飄雪

你見過六月飛雪嗎?

“六月雪，斬竇娥?！边@是人們對(duì)古代戲劇家關(guān)漢卿的名著《竇娥冤》的高度概括。該劇大體是講，良家女子竇娥受屈被定為死罪。無(wú)處申冤的她臨死前發(fā)下誓愿：死后，天降三尺大雪，掩己尸首，讓白雪采證實(shí)自己的清白。當(dāng)六月某日午時(shí)開刀問斬時(shí)，果然狂風(fēng)大作、雪花紛飛。因此，有的劇團(tuán)干脆把這部劇改名為《六月雪》。文藝作品是容許虛構(gòu)的。人們看完了這部劇，并不會(huì)追究六月里能否“天降三尺大雪”。然而，翻開史料，六月降雪或暑天降雪卻絕非戲劇中所僅有。

據(jù)《扶風(fēng)縣志》記載，早在公元前435年，當(dāng)?shù)鼐驮小傲虑赜暄?。這里的“六月”和《六月雪》中的“六月”都是指農(nóng)歷而言；“雨”字作動(dòng)詞講，“雨雪”即“下雪”。據(jù)江西《金溪縣志》和《撫州府志》記載，1653年，“金溪夏六月，炎日正中，忽下大雪，仰半空，玉鱗照耀，至檐前則溶濕不見”。《撫州府志》和《宜黃縣志》記戢，1655年，“宜黃六月雪”。福建《建甌縣志》記載，1661年，“建甌六月朔大寒、降霜，初四日雨雪”。1860年，湖北宜昌一帶也出現(xiàn)過夏日降雪的情形，至今在宜昌境內(nèi)還保存著一塊完整的石刻，其上寫著：“庚申年又三月十五日，立夏下雪?！?/p>

近幾十年來，有關(guān)夏日飛雪的記載也不少：1958年新疆鳥魯木齊出現(xiàn)過六月雪。1981年5月31日11時(shí)27分，山西管涔山林區(qū)開始降大雪.至6月1日15時(shí)止，歷時(shí)27個(gè)多小時(shí)，降雪量多達(dá)50多毫米，雪深25厘米，地面積雪3天后才完全消融。1987年農(nóng)歷閏六月二十四日，上海市區(qū)飄起了小雪花。1987年6月5日，張家口地區(qū)下-了一場(chǎng)大雪，48小時(shí)降溫12℃，個(gè)別地區(qū)降溫21℃，最低氣溫下降到7℃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。

暑天降雪，在國(guó)外也有記載。例如位于赤道附近的印度尼西亞伊里安島的伊拉卡村，1982年7月24日，下了一整天大雪，氣溫驟降。由于這個(gè)地方常年無(wú)雪，人們對(duì)寒冷天氣的來臨缺乏準(zhǔn)備，因此，許多人不得不全身涂上豬油采避寒。

暑天下雪雖然少見，但不足為怪，它是一種自然現(xiàn)象。由于受厄爾尼諾等影響，氣候發(fā)生異常變化，遏上特殊的天氣氣候條件，比如夏季冷空氣長(zhǎng)期盤踞一地，加上地理位置、海拔高度等條件，就可能形成暑天下雪的有趣現(xiàn)象。