雪花產生的科學原理是什么
相信北方的朋友都有看到過雪花，但是大多數的人不清楚雪花是如何產生的。下面為您精心推薦了雪花產生的科學原理，希望對您有所幫助。
雪花產生的原理
下雪是一種自然現象，空中的水汽凝華后，又重新落到地面上的過程，水是地球上各種生靈存在的根本，水的變化和運動造就了我們今天的世界。在地球上，水是不斷循環運動的，海洋和地面上的水受熱蒸發到天空中，這些水汽又隨著風運動到別的地方，當它們遇到冷空氣，形成降水又重新回到地球表面。這種降水分為兩種：一種是液態降水，這就是下雨;另一種是固態降水，這就是下雪或下冰雹等。
大氣里以固態形式落到地球表面上的降水，叫做大氣固態降水。雪是大氣固態降水中的一種最廣泛、最普遍、最主要的形式。大氣固態降水是多種多樣的，除了美麗的雪花以外，還包括能造成很大危害的冰雹，還有我們不經常見到的雪霰和冰粒。
大氣固態降水分為十種：雪片、星形雪花、柱狀雪晶、針狀雪晶、多枝狀雪晶、軸狀雪晶、不規則雪晶、霰、冰粒和雹。前面的七種統稱為雪。為什么后面三種不能叫做雪呢?原來由氣態的水汽變成固態的水有兩個過程，一個是水汽先變成水，然后水再凝結成冰晶;還有一種是水汽不經過水，直接變成冰晶，這種過程叫做水的凝華。所以說雪是天空中的水汽經凝華而來的固態降水。
雪花形成條件
一個條件是水汽飽和。空氣在某一個溫度下所能包含的最大水汽量，叫做飽和水汽量。空氣達到飽和時的溫度，叫做露點。飽和的空氣冷卻到露點以下的溫度時，空氣里就有多余的水汽變成水滴或冰晶。因為冰面飽和水汽含量比水面要低，所以冰晶生長所要求的水汽飽和程度比水滴要低。也就是說，水滴必須在相對濕度(相對濕度是指空氣中的實際水汽壓與同溫度下空氣的飽和水汽壓的比值)不小于100%時才能增長;而冰晶呢，往往相對濕度不足100%時也能增長。例如，空氣溫度為-20℃時，相對濕度只有80%，冰晶就能增長了。氣溫越低，冰晶增長所需要的濕度越小。因此，在高空低溫環境里，冰晶比水滴更容易產生。
另一個條件是空氣里必須有凝結核。有人做過試驗，如果沒有凝結核，空氣里的水汽，過飽和到相對濕度500%以上的程度，才有可能凝聚成水滴。但這樣大的過飽和現象在自然大氣里是不會存在的。所以沒有凝結核的話，我們地球上就很難能見到雨雪。凝結核是一些懸浮在空中的很微小的.固體微粒。最理想的凝結核是那些吸收水分最強的物質微粒。比如說海鹽、硫酸、氮和其它一些化學物質的微粒。所以我們有時才會見到天空中有云，卻不見降雪，在這種情況下人們往往采用人工降雪。
雪花形成過程
雪花的形狀極多,而且十分美麗.如果把雪花放在放大鏡下,可以發現每片雪花都是一幅極其精美的圖案,連許多藝術家都贊嘆不止。但是，各種各樣的雪花形狀是怎樣形成的呢?雪花大都是六角形的，這是因為雪花屬于六方晶系。云中雪花"胚胎"的小冰晶，主要有兩種形狀。一種呈六棱體狀，長而細，叫柱晶，但有時它的兩端是尖的，樣子像一根針，叫針晶。另一種則呈六角形的薄片狀，就像從六棱鉛筆上切下來的薄片那樣，叫片晶。
原來，在冰晶增長的同時，冰晶附近的水汽會被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，過飽和程度越低。在緊靠冰晶表面的地方，因為多余的水汽都已凝華在冰晶上了，所以剛剛達到飽和。這樣，靠近冰晶處的水汽密度就要比離它遠的地方小。水汽就從冰晶周圍向冰晶所在處移動。水汽分子首先遇到冰晶的各個角棱和凸出部分，并在這里凝華而使冰晶增長。于是冰晶的各個角棱和凸出部分將首先迅速地增長，而逐漸成為枝叉狀。以后，又因為同樣的原因在各個枝叉和角棱處長出新的小枝叉來。與此同時，在各個角棱和枝叉之間的凹陷處。空氣已經不再是飽和的了。有時，在這里甚至有升華過程，以致水汽被輸送到其他地方去。這樣就使得角棱和枝叉更為突出，而慢慢地形成了我們熟悉的星狀雪花。
上面說的實際上是一個典型的星狀雪花的形成過程。它的相當部位，不論形狀或大小，都應當是相同的。這種典型的星狀雪花只有在一個理想的、平靜的環境中(譬如在實驗室內)才能形成。在大氣中，它不能象上面說的那樣有步驟地增大，所形成的形狀也就不能那樣典型。這是因為冰晶逐漸在下降著，而且有時在旋轉著，各個枝叉接觸水汽的多少有所不同，而那些接觸水汽較多的枝又便增長得較多。因此，我們平常所看到的雪花雖大體上一樣但又互不相同。
以上所述都是單個雪花的情況。在雪花下降時，各個雪花也很容易互相攀附并合在一起，成為更大的雪片。雪花的并合大多在以下三種情況下出觀：(1)當溫度低于0℃的時候，雪花在緩慢下降的途中相撞。碰撞產生了壓力和熱，使相撞部分有些融化而彼此沾附在一起，隨后這些融化的水又立即凍結起來。這樣，兩個雪花就并合到一起了。(2)在溫度略高于0℃的時候，雪花上本來已覆有一層水膜，這時如果兩個雪花相碰，便借著水的表面張力而沾合在一起。(3)如果雪花的枝叉很復雜，則兩個雪花也可以只因簡單的攀連而相掛在一起。
雪花從云中下降到地面，路途很長，在條件適合時，可以經多次攀連并合而變得很大。在降大雪的時候，有時有一些鵝毛般的大雪片，就是經過多次并合而成的。但是，有時雪花互碰時不是互相并合在一起，而是給碰破了，這時便產生一些畸形的雪花。例如，在降雪的時候，有時會見到一些單個的"星枝"，就屬于這種情況。
當實有水汽壓僅大于平面的飽和水汽壓時，水汽只在面上凝華，形成的是柱狀雪花。
當實有水汽壓大于邊上的飽和水汽壓時，邊上和面上都會發生凝華。由于邊上水汽供應較充分，故在冰晶邊上凝華比面上快，多形成片狀雪花。
當實有水汽壓大于角上的飽和水汽壓時，面上、邊上、角上都有水汽凝華，但尖角處位置突出，水汽供應最充分，凝華增長得最快，故多形成枝狀或星狀雪。
又由于冰晶不停地運動，它所處的溫度和濕度條件也不斷變化，這就使得冰晶各部分增長的速度不一致，形成多種多樣的雪花。
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