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(fā)現(xiàn)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,樣子象一根針,叫針晶.別一種則呈六角形的薄片狀,就象從六棱鉛筆上切下來的薄片那樣,叫片晶.
如果周圍的空氣過飽和的程度比較低,冰晶便增長得很慢,并且各邊都在均勻地增長.它增大下降時,仍然保持著原來的樣子,分別被叫做柱狀、針狀和片狀的雪晶.
如果周圍的空氣呈高度過飽和狀態(tài),那么冰晶在增長過程中不僅體積會增大,而且形狀也會變化.最常見的是由片狀變?yōu)樾菭?
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(jīng)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(huán)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.
另外,雪花在云內下降的過程中,也會從適宜于形成這種形狀的環(huán)境降到適宜于形成另一種形狀的環(huán)境,于是便出觀了各種復雜的雪花形狀.有的象袖扣,有的象刺猾.即使都是星狀雪花,也有三個枝叉的、六個枝叉的,甚至有十二個枝叉、十八個枝又的.
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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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.