是的,南极的雪花与北方(如中国东北、西伯利亚、北欧、加拿大等地)的雪花确实存在显著区别,环境因素对雪花结构的影响远比我们通常想象的要复杂和深刻。这种差异主要体现在以下几个方面:
温度和湿度是核心影响因素:
- 雪花形成原理: 雪花的结构(晶体形态)主要由水蒸气在冰晶核上凝结时的温度和过饱和度(湿度)决定。不同的温湿度组合会促使冰晶沿着特定的晶轴方向优先生长,形成板状、柱状、针状、枝状等千变万化的形态。
- 南极环境: 极端寒冷且极其干燥。
- 温度: 常年酷寒,冬季内陆可达-80°C以下,夏季也常在-20°C至-40°C。这种极低温度极大地限制了水蒸气的含量(空气容纳水汽的能力随温度降低而急剧下降)。
- 湿度: 空气异常干燥,水汽含量极低(相对湿度可能不低,但绝对湿度非常低)。形成雪花所需的过饱和度条件难以达到,或者即使达到,水汽供应也非常有限。
- 北方环境: 寒冷但相对湿润。
- 温度: 虽然寒冷(冬季常在-10°C至-30°C),但比南极“温和”得多。
- 湿度: 靠近海洋或大型湖泊,水汽来源相对丰富(如西伯利亚受北大西洋暖湿气流影响,中国东北受日本海/鄂霍次克海影响,北欧受大西洋影响)。降雪时空气湿度通常较高。
对雪花结构的具体影响:
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南极雪花:简单、细小、棱角分明
- 形态简单: 极低的温度和极低的湿度,使得冰晶生长极其缓慢且缺乏“原料”(水汽)。这导致雪花结构趋向于简单形态:
- 柱状和针状晶体: 在极低温度下(约-30°C以下)更容易形成。
- 简单的板状晶体: 也可能出现。
- 复杂枝状晶体罕见: 形成精美、对称的复杂枝状雪花(最常见于-15°C左右且湿度较高的环境)在南极内陆极其罕见。因为这种形态需要相对“温暖”的温度和充足的水汽支持其快速、复杂的枝杈生长。
- 晶体细小: 生长缓慢且水汽有限,导致单个晶体通常很小。
- 棱角分明: 极寒环境减缓了冰晶表面的分子扩散,使得晶体边缘不易“融化-再冻结”而变得圆润,因此棱角通常更清晰锐利。
- “钻石尘”现象: 南极常见一种被称为“钻石尘”的降水。这不是飘落的雪花,而是空气中悬浮的、缓慢沉降的微小冰晶(主要是柱状或板状)。它们在阳光下闪闪发光,如同钻石粉末。这恰恰是南极低温干燥环境下,无法形成典型雪花聚合体的体现。
- 风力作用: 南极强风盛行。即使形成了一些晶体,也会被强风长时间吹袭、摩擦、碰撞,导致:
- 晶体破碎: 形成更小的冰晶碎片。
- 表面磨蚀: 晶体棱角被磨平,表面变得粗糙。
- 圆粒化: 最终可能形成接近球形或不规则的小冰粒(霰或冰粒的雏形),而不是我们印象中精致的六角形雪花。
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北方雪花:复杂、多样、相对较大
- 形态多样且复杂: 相对“温暖”的温度(-10°C至-20°C)和较高的湿度,为冰晶提供了适宜的生长条件。这里可以形成:
- 精美的六角分枝状晶体: 这是最广为人知的雪花形态,在北方很常见。
- 星状、蕨叶状晶体: 复杂程度更高。
- 板状、柱状、针状晶体: 也会出现,但复杂枝状是其特色。
- 晶体相对较大: 充足的水汽供应允许晶体生长得更大。
- 聚合体更常见: 在降落过程中,多个晶体更容易粘连在一起,形成我们通常看到的“雪片”,即由许多小冰晶聚合而成的蓬松雪花团。
- 积雪更蓬松: 由复杂枝状晶体和聚合体组成的雪花,内部含有大量空气,因此新降的雪通常非常蓬松、轻盈(粉雪)。
积雪特性的差异:
- 南极积雪:密实、坚硬、颗粒感强
- 高密度: 简单细小的晶体、强风压实、以及后续的再结晶作用(升华-凝结过程),使得南极积雪迅速变得非常密实坚硬。新雪密度就比北方蓬松新雪高很多,且很快变成粒雪(Firn),最终成为冰川冰。
- “吱嘎”声: 踩在南极雪地上常听到尖锐的“吱嘎”声,这正是细小、坚硬、棱角分明的冰晶相互摩擦断裂的声音。
- 低含水量(雪水当量): 同样厚度的雪层,南极积雪所含的实际水量(融化后)通常比北方蓬松积雪高得多,因为密度大。
- 北方积雪:蓬松、柔软、保温性好
- 低密度: 复杂枝状晶体和聚合体结构蕴含大量空气,新雪蓬松柔软。
- 保温层: 蓬松的结构使其成为良好的绝热体,保护地下的土壤或植物根系不被冻透。
- 易于压实: 虽然初期蓬松,但在人踩、车压或温度波动(轻微融化-再冻结)后也会变硬。
总结:
- 环境差异(尤其温湿度)是塑造雪花形态的“设计师”和“原料供应商”。
- 南极的极端低温干燥: 迫使雪花向简单、细小、棱角分明的柱状/板状/针状晶体发展,强风进一步将其磨蚀破碎,最终形成密度高、坚硬的积雪,并常见“钻石尘”。复杂精美的枝状雪花在这里是“奢侈品”。
- 北方的寒冷湿润: 为复杂、多样、相对较大的枝状雪花提供了理想温床,形成蓬松轻盈的聚合体雪片和蓬松的积雪。
因此,说“南极的雪花和北方的有区别”是绝对正确的,而且这种区别是环境对微观物理过程(水汽凝结与冰晶生长)产生深刻影响的直接体现,确实“超乎想象”。下次看到精美的雪花照片,几乎可以肯定它不是在极端环境如南极内陆形成的,而是在更“温和”的北方或中纬度地区诞生的冰晶艺术品。