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在寒冷的冬天，許多地方都會(huì)下雪。面對(duì)紛紛揚(yáng)揚(yáng)飄落的雪花，你有想過(guò)它們是如何產(chǎn)生的嗎？為什么下雪的時(shí)候從天下掉下來(lái)的是美麗的六邊形雪片而不是一顆一顆的冰粒？今天我們就從科學(xué)的角度討論雪花是如何生成的。

高空的云層
雪花誕生于高空中寒冷的云層。在我們的大氣層的有些區(qū)域充滿著水分子，這些水分子通常是由地面水氣蒸發(fā)上升到空中，再經(jīng)由大氣流動(dòng)輸送聚集到一起，它們?cè)诳諝饫锍尸F(xiàn)飽和狀態(tài) 。隨著溫度降低到露點(diǎn) ，水分子的振動(dòng)速度減慢，慢慢地聚攏在一起形成一個(gè)一個(gè)的小液滴，這種現(xiàn)象被稱為“結(jié)露” ，于是我們看見了霧或云。由于范德華力的作用，空氣中的小液滴相互之間會(huì)保持一定的距離，隨著溫度的進(jìn)一步降低，水冷凝的速率大于其蒸發(fā)的速率，云中的水滴會(huì)越來(lái)越多，云也會(huì)越來(lái)越濃厚。

如果空氣非常干凈，沒(méi)有灰塵充當(dāng)凝結(jié)核，即便是溫度下降到-38℃ ，云層中的小水滴也不會(huì)結(jié)冰，它們被稱為過(guò)冷水。但云層中或多或少都存在一些細(xì)小的顆粒物，于是一部分過(guò)冷的水滴會(huì)附著在這些顆粒物上，迅速凝結(jié)成小冰晶。所以，在寒冷的冬天，我們頭頂上的云層里便充斥著無(wú)數(shù)個(gè)小冰晶和過(guò)冷的小水滴。事實(shí)上，即便是在盛夏，因?yàn)楦呖赵茖拥臏囟鹊陀?℃ ，這里的云層中也一樣存在許多小冰晶和過(guò)冷的小水滴，冰雹就是在這樣的云層中形成的。
冰核形成
無(wú)論是小小的雪片還是碩大的冰雹，它們都是從云層中一粒小小的冰核開始的。
在寒冷云層中盡管有無(wú)數(shù)多的小水滴，隨著云的流動(dòng) ，小水滴會(huì)不可避免地發(fā)生相互碰撞，但碰撞常常并不能使它們聚集成一個(gè)更大的水滴，這是因?yàn)樗伪砻娴乃肿佑蓺滏I的力來(lái)相互拉扯在一起，形成表面張力。水的表面張力會(huì)在一定程度拒絕其它分子“加塞” ，從而使水滴保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài) 。

我們?cè)谇肮?jié)提到，寒冷云團(tuán)中存在著一些冰晶，相對(duì)于水滴來(lái)說(shuō) ，冰的飽和蒸氣壓更低。云層中的水蒸氣在與水滴相互作用時(shí)可能會(huì)處于100％相對(duì)濕度的飽和狀態(tài) ，但是當(dāng)與冰粒相互作用時(shí) ，相同量的水蒸氣會(huì)過(guò)飽和。水蒸氣將試圖恢復(fù)平衡，因此多余的水蒸氣會(huì)在冰晶顆粒表面凝結(jié)成冰，于是這些冰晶會(huì)越長(zhǎng)越大，進(jìn)而形成冰核。
現(xiàn)在你明白了，在冷云中，水滴不容易聚集，但冰晶比較容易長(zhǎng)大。這個(gè)過(guò)程通常只在0℃~-38℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，當(dāng)溫度低于-38℃時(shí) ，云中的過(guò)冷水滴會(huì)自發(fā)地凝結(jié)成冰晶，不再需要灰塵充當(dāng)凝結(jié)核。