冷风扇的冰晶是什么冰晶是什么 _生活百科

出品：科普中国
*** ：郝建盛（中国科学院地理科学与资源研究所）
监制：中国科学院计算机 *** 信息中心
冰雪运动正受到越来越多人的喜爱，而大家常去的滑雪场的雪道，基本都是由人造雪压制而成。不知道大家看到“雪炮”和“雪枪”哗哗哗喷雪的时候，有没有想过它们是如何造雪的呢？造出来的雪和自然降的雪有什么不同，落地后的它们状态又有什么差别？

文章插图
正在工作的“雪炮”（图片来源：首钢滑雪大跳台场馆运行团队）
自然雪：水和微尘邂逅的结晶
要说人造雪，我们先看看自然雪。
自然界的雪是大气中的水汽凝华而来的固态降水，其结构随温度和湿度的变化而变化，多呈六角形。
那么，自然雪花是如何形成的呢？
在一定的温度条件下，空气中水汽的含量达到更大限度，水的不同相态（固、液、气）之间可以相互转化。当温度降低时，处于饱和的水汽出现过饱和现象，它们极易凝结在悬浮的微尘上，并形成冰晶。
之后，冰晶不断吸附周围水汽而变大，冰晶附近的水汽不断减少。这样，靠近冰晶处的水汽密度就低于离它远的地方，产生相对高的水汽压梯度。水汽就在梯度压力的推动下，从冰晶周围逐渐运移至冰晶所在处。运动的水汽分子首先遇到冰晶的各个角棱和凸出部分，并在这里凝华而成为冰晶的一部分。
就这样，冰晶的角棱不断增长，逐渐成为枝叉状。之后又因为同样的机理，在各个枝叉和角棱处长出新的小枝叉来，星状雪花逐渐形成。

文章插图
星状雪花形成过程（图片来源：作者自制）
由于大气中冰晶的温度和湿度条件也不断变化，使得冰晶面上、边上和角上各种部分增长的速度不一致。如果水汽只在冰晶面上凝华，形成的是柱状雪花；如果水汽在冰晶边上和面上凝华，形成的是片状雪花；再如果冰晶面上、边上、角上都有水汽凝华，有尖角处位置突出，凝华增长得最快，多形成的是枝状或星状雪花。因此，由于大气的温度和湿度不断变化，雪花呈现千变万化的形态。形状、大小完全一样或完全对称的雪花，在自然界中是无法形成的。

文章插图
典型的柱状、片状和星状雪花（图片来源：作者自制）
人造雪：被“催生”的冰晶
相对于自然雪花的千变万化，人造雪多为一个模子刻出来的。
常见的人造雪是把高压水泵中的高压水与空气压缩机中的高压空气在双进口喷嘴处混合喷出，高压空气再将水分割成微小颗粒，这些颗粒在寒冷的空气中会凝固成冰晶，进一步与水汽接触，让晶体生长。
由于没有充裕的时间和空间让冰晶发育和生长，人造雪多呈现白色、不透明的近似球状或圆锥形，很难形成星状和多枝状的形态。狭义上这种人造雪属于霰（读作xian,四声；亦称为雪丸，直径一般在0.3到2.5毫米之间，产生于大气强对流的情况下和扰动强烈的云中），不属于雪的类别。

文章插图
类似霰的人造雪（图片来源：作者自制）
另一种人造雪则是通过制冰装置，将水制成片冰，再通过碎冰装置把片冰粉碎成粉末，最后把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出。

文章插图
2022年1月16日，云顶滑雪公园正进行造雪工作（图片来源：人民视觉，胡旺摄）
相对于自然雪复杂而又漫长的生育过程，人造雪就像被“催生”的，但无论是人造积雪还是天然积雪，其实都是水的固相形态。冬季的积雪是大地的固态水库，能够在春暖花开之际消融而哺育万物，而人造雪是冬季“固态水库”的一个补充。在降雪少的年份，适量的人造雪有助于减少春季旱情，有利生灵。
因此，如果认为人造雪浪费水资源，影响生态环境和用水安全，其实是杞人忧天了。