動(dòng)畫片 海爾兄弟
里不是說(shuō)過的嗎?你沒有看?
過冷水是有一定的生成條件的：或因?yàn)樗腥鄙倌Y(jié)核,或其它愿因,在○℃以下還保持著液態(tài),這樣的水叫過冷水.當(dāng)過冷水的條件不足時(shí)它會(huì)馬上變成冰（比如天空中的飛機(jī)穿過有過冷水的云層時(shí),云中的過冷水遇到飛機(jī),在有凝結(jié)核時(shí)會(huì)馬上結(jié)成冰,飛機(jī)機(jī)身就是凝結(jié)核,飛機(jī)就容易發(fā)生墜機(jī)事故）
原理：
一般我們會(huì)認(rèn)為水的凝固點(diǎn)為 0℃,也就是水在 0℃以下會(huì)凍結(jié),但實(shí)際上,水在 0℃以下仍會(huì)以過冷水的型態(tài)存在,這是因?yàn)橛梢簯B(tài)水轉(zhuǎn)變成冰的過程存在有一個(gè)能量狀態(tài).我們知道液態(tài)水具有比冰還要高的熵能（enthalpy）,即結(jié)冰是一個(gè)釋放能量的有利過程,但在冰晶核化的過程中,必須創(chuàng)造水與冰的界面,而這個(gè)界面（表面）也是一種能量,這可由表面張力的單位"焦耳每平方公尺"（單位面積的能量）看出,此界面的形成便是冰晶核化過程的能量障礙,因?yàn)楫?dāng)水中一個(gè)冰胚（ice embryo）初形成時(shí),其「表面積/體積」的比值相當(dāng)?shù)拇?而創(chuàng)造表面積的能量也遠(yuǎn)高於由水轉(zhuǎn)變成冰所放出的"體積能".因此水會(huì)以過冷（supercooling）的型態(tài)存在.由於冰晶的核化速率為非常強(qiáng)的過冷度的函數(shù),過冷度愈高愈不易維持液態(tài)水的存在；且過冷的液態(tài)水可能保持短時(shí)間內(nèi)不結(jié)冰,但時(shí)間久了終究會(huì)凍結(jié).
在本世紀(jì) 40及 50年代,科學(xué)家們希望知道液態(tài)水過冷度的極限,但結(jié)果不但隨研究方法而異,使用同樣的方法也常得到前后不一致的答案,早期的困難在於將實(shí)驗(yàn)用水加以純化,去除雜質(zhì),這是因?yàn)樗须s質(zhì)可作為現(xiàn)成的冰胚,造成在較高的溫度下就以「異質(zhì)成核」（heterogeneous nucleation）的方式結(jié)冰.所以為了探測(cè)液態(tài)水的最高過冷度,除去水中這些可作為冰核的雜質(zhì)為必要程序,而使用「 少量樣品」（small sample）則成為標(biāo)準(zhǔn)的技巧.假設(shè)固定體積的水中含有一定量的雜質(zhì),那麼一半體積的水中雜質(zhì)的量便只有一半,也就是說(shuō),愈小的樣品應(yīng)含有愈少的雜質(zhì),也愈不容易形成異質(zhì)成核.經(jīng)由實(shí)驗(yàn),凍結(jié)溫度的確隨樣品體積的減少而降低,其極限約在 –40℃,即 –40℃為理論上半徑約 m的液滴之「同質(zhì)核化溫度」,也常被用來(lái)稱為水的過冷極限.
另外,和液滴樣品接觸的固體表面免不了含有一些雜質(zhì)或結(jié)構(gòu)上的缺陷可在低溫下成為冰核,因此 1861年Doufour便想到將水的樣品懸浮在一個(gè)比水輕及一個(gè)比水重的兩種不與水互溶的油質(zhì)之間,免除了樣品與固體表面的接觸而形成一種懸浮膠體.
當(dāng)一些科學(xué)家致力於在實(shí)驗(yàn)室中取得最高的過冷度,另外一批則熱中於使大自然中的過冷度減至最低.由於冷云過程為中緯度地區(qū)降水形成的主要機(jī)制,若大氣中的冰核數(shù)量太少,則云中凝結(jié)水多為不凍的水,不易使之降至地面.
人工降水的想法,即將一些冰核引入云中,以造成異質(zhì)成核作用而催化云內(nèi)冰晶的形成.但不是所有的冰核都能在冰點(diǎn)以下的溫度起作用,例如高嶺土、黃土、火山灰等屬於自然界的冰核要在約 –9℃方能成核,而碘化銀（AgI）在 –3℃左右便可成核,為目前對(duì)冷云實(shí)施人工降水作業(yè)所常使用的一種材料.