书城自然科学(探究式科普丛书)晶莹剔透的雪
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第5章 白色精华——冰雪知识(1)

第一节与雪有关的知识

1.不在天空里凝结的雪

看到这个题目,一定会有人产生疑问:雪不是从天空中降落下来的吗?怎么会有不是在天空里凝结的雪花呢?

1779年,正值冬天,在俄国圣彼得堡的一家报纸刊登了一条非常有趣的新闻。据新闻报道说,在一个舞会上,由于容纳的人很多,加之还有成百上千支蜡烛正在燃烧,舞厅里显得极为闷热,对于那些身体欠佳的夫人、小姐们来说,她们已经有点受不了,几乎快要昏倒了。正在这时,有一个年轻男子跳上窗台,用拳打碎了玻璃。于是,舞厅里出现了意想不到的奇迹——一朵朵美丽的雪花随着窗外寒冷的气流在大厅里翩翩起舞,飘落在闷热得发昏的人们的头发上和手上。人们看到这样的情景,感到非常好奇,于是有人冲出舞厅,看看外面是不是下雪了。出乎意料的是,天空星光灿烂,新月银光如水,根本没有下雪的迹象。

这就有点怪了,大厅里的雪花到底是从何而来的呢?这个问题,实在让人百思不得其解。难道有人在变魔术?那也不可能,因为无论多么高明的魔术师,也不可能在大厅里变出雪花。

后来,经过科学家的研究与分析,才弄清事情真相。事实上,由于舞厅里有如此多的人呼吸,空气中就会充满大量水汽,再加上蜡烛的燃烧,就会产生相当多的凝结核。一旦遇到窗外的冷空气,大厅里的饱和水汽便马上凝华结晶,成为雪花。

如此看来,并不是在户外才可以下雪。无论在什么地方,只要具备下雪的条件,就会产生降雪。

2.下雪不冷融雪冷

融雪天比下雪天冷,很多人都有这样的感觉。

这是为什么呢?由于积雪的消融需要消耗大量的热,而雪的融化潜热又较大,如果要将l克0℃的雪融化成为0℃的水,需要耗费79.67卡热量。换句话说,这些热量可以把同样重量的0℃水,升温到79.67℃。由于融雪需要消耗一定的热量,因此,在春汛期间,大地上的气温不仅不会上升,反而会出现一段春寒时期。

3.暴雪与寒潮的关系

寒潮是指北方大范围的冷气团聚集到一定程度后,在适宜的高空大气环流作用下,大规模向南入侵形成的寒潮天气,冷空气所经之地的气温在24小时内可以猛降10℃以上。一般情况下有寒潮侵袭,当地气温几乎都在0℃以下,我国地域辽阔,各区域对于寒潮天气的标准略有差异,但有详细说明。

通常情况下,寒潮和强冷空气会带来大风、降温天气。在我国,这种天气状况是冬半年主要的灾害性天气。对于沿海地区而言,寒潮大风会构成很大的威胁。例如1969年4月21~25日的那次寒潮,强风袭击渤海、黄海以及河北、山东、河南等省,陆地风力高达7~8级,海上风力高达8~10级。由于正是天文大潮时期,寒潮造成了渤海湾、莱洲湾几十年来罕见的风暴潮。在山东北部沿海一带,海水上涨了3米以上,冲毁50多千米的海堤,海水倒灌30~40千米。

由此可见,并不是所有的寒潮都会带来暴雪天气。

寒潮会带来雨雪和冰冻天气。这类天气,对交通运输有着很大的危害。例如1987年11月下旬的一次寒潮侵袭,使哈尔滨、沈阳、北京、乌鲁木齐等铁路局所管辖的众多车站道岔冻结,铁轨被雪埋住,通信信号失灵,列车运行受阻。

雨雪过后,道路结冰打滑,交通事故发生次数明显上升。不仅如此,寒潮袭来也会对人体健康产生很大的危害,在这样的天气下,容易患感冒、气管炎、冠心病、肺心病、中风、哮喘、心肌梗死、心绞痛、偏头痛等疾病,如治疗不及时还会加重病情。

寒潮天气不仅带来强降温,同时还伴有大风和雨雪天气。寒潮暴发在不同的地域环境下具有不同的特点,如在西北沙漠和黄土高原,表现为大风少雪,极易引发沙尘、沙尘暴天气。在内蒙古草原则为大风、吹雪和低温天气。在华北、黄淮地区,寒潮袭来常常风雪交加。在东北表现为更猛烈的大风、大雪。在江南常伴随着寒风、雨夹雪或大雪。

寒潮多出现在冬季或初春的季节,且强度和危害也有差异。当寒潮发生的时候,常常会出现大范围的大风、强降温和雨雪天气,对农牧业、交通、电力和建筑甚至人类的健康带来负面影响。

4.雪蚀作用

什么是雪蚀作用呢?这是一种在冰缘气候条件下,积雪场频繁的消融和冻胀所产生的侵蚀作用。在没有冰盖的极地、亚极地以及雪线以下、树线以上的高山带最容易出现雪蚀作用。因为那里年均气温为0℃左右,属于永久冻土带。雪场边缘的交替冻融,一方面通过冰劈作用破碎地表物质,另一方面雪融水将粉碎的细粒物质带走。因此雪蚀作用有剥蚀和搬运两种。随着雪场底部加深,周边不断扩大,山坡上逐渐会形成宽浅盆状凹地,这就是所谓的雪融凹地。它的形态、成因和空间分布与冰斗相似,虽不同于冰斗,但两者又有联系。当气候变得更冷、雪线下降的时候,雪蚀凹地便可以发育成为冰斗;与此相反,当气候转暖、冰川消退时,冰斗可退化为雪融凹地。在不同的自然地理条件下,雪蚀作用方式和速度也有差异。在纬度较低、降水量较大、年冻融日数较多的地区,雪蚀作用速率较快,雪蚀凹地深、面积相对要大。例如我国东北小兴安岭地区,雪蚀凹地极为普遍。与之相反,在纬度较高、降水量相对少、夏季气温低的地区,雪蚀作用就较弱。

地面坡度的影响是:陡坡大于40°,雪场不易存在;而在平地上,雪蚀作用较慢;30°左右的坡地上,雪蚀作用最为活跃。

5.雪云

雪云,顾名思义可译为降雪的阴云。唐朝的杜甫在《奉观严郑公厅事岷山沲江画图十韵》曾写过:“雪云虚点缀,沙草得微茫。”

宋朝的范成大在《次韵孙长文泊姑苏馆》中写道:“闻道扇舟春共载,雪云虽冷不相干。”宋朝的黄裳在《喜朝天·腊中雪后东湖闲宴》词:“雪云浓,送愁思,衾寒更怯霜风。”

6.“雷雪”

由于受到强冷空气影响,天空开始下雨,后来,由雨转成雨夹雪,同时风也在不断加大,并且伴有闪电和雷鸣,人们往往将这种现象称之为“雷雪”。那么,为什么会出现这种现象呢?

一般情况下,强冷空气到来前天气很暖和,甚至会觉得有点热。

由于暖湿气流活跃(也就是所谓的冷空气到来前天气异常燥热的原因),水汽含量便会增多,加上冷锋促使暖空气上升,形成对流,因此便形成了积雨云等对流云系统,而且由于地表温度较低,在积雨云中形成的雪花落到地面时,并未完全融化,这样一来,就形成了雷电伴有雨夹雪这种罕见的天气现象。

第二节雪的奥秘

1.雪花为什么是白色的

雪花为什么是白色的?这是由于构成雪花的无数冰晶产生的反光造成的。对于冰块来说,对各种颜色光的反射系数几乎都是相同的。

所以白天的时候,雪花就是白色的。然而,如果拿一块单独的冰晶来看,却是透明的,这好像很不合逻辑。

要知道雪花为什么不是透明的,就必须了解雪花的形成过程:

在空气非常寒冷的情况下,云雾中的水分就会凝结,然后随着风的运动来到各种各样的微尘以及悬浮颗粒旁边。但是,这种凝结过程是相当缓慢的。这样一来,水分子就不会很快地聚集在一起,而首先形成一些非常美丽且表面十分平滑的晶体。后来,这些晶体随着风的运动在空中相互碰撞,最终形成絮状的雪花。虽然是一个晶体,但其表面因为反光,使雪花几乎变成一面“镜子”。这一说法并不夸张,因为刚下的新雪可以反射95%的光线。

所以,人们看到刚下的雪就会觉得非常洁白。为此,在户外参加冬季运动的人,最好戴上太阳镜以防止光线对眼睛的伤害。

时间长了,冰晶体就会变成圆形的,相对而言,反光能力也较弱。这就是为什么冬季以后的雪只能够反射50%的光线,远远不如刚下的雪那样有光泽的原因。

2.各种颜色的雪

如果有人问:“雪是什么颜色的?”你一定会毫不犹豫地回答:“雪是白色的。”然而事实并非如此。例如,在我国的西藏察隅、德国的海德堡和南极等地都曾下过红色的雪。内蒙古等地区还下过黄色的雪。

北冰洋斯比兹别尔庚岛,曾下过一场绿色的雪。更令人惊异的是意大利挑罗台依和瑞典南部等地竟下过乌黑的雪。

由此可见雪并不仅有一种颜色,那究竟是什么原因导致的呢?原因是雪中夹杂了有颜色的物质。在寒冷地区,藻类分布非常广泛,且品种繁多。含有叶绿素的藻类呈绿色,含有红色素的藻类呈红色,此外还有含脂肪很多的黄色藻类。这些藻类身体轻盈,遇到大风天气就飘飘扬扬飞向高空与雪片黏附,并快速繁殖,对于雪而言,这些藻类起了一个“染色剂”的作用。

海德堡的红雪,是由于那里的铁质混合物被风卷向空中,夹杂在雪花中形成的。挑罗台依的黑雪又是由亿万只针尖大小的黑色小昆虫黏在雪上形成的。而瑞典南部的黑雪,是由于煤屑、粉尘玷污了纯洁的白雪。内蒙古等地的黄雪则是由风沙形成的。

由此可见,雪的本质是白色的,但由于环境的不同产生了不同颜色的雪。

3.雪的种类

松雪

松雪,顾名思义是刚刚下的、没有被踩踏过的松软的雪。它是由小雪花和冰晶形成的,有平滑松软的表面,在这种松软平滑的雪面上行走,会让你觉得如同行走在失重的环境中。

对于单板和双板滑雪者来说,他们会认为松雪是最好的滑雪表面,尤其是落上去的时候。

因为在这样的雪面上滑雪,会大大减小对人体的伤害程度。对于一部分想尝试新动作和提高速度的滑雪者来说,最好的滑雪表面就是较厚的松雪表面。因为在松雪上做旋转、控制速度以及用板边做动作都是比较容易的。

然而,对于那些不了解松雪的人来说,松雪可能只会起一个阻碍的作用。在此种雪面上滑雪,保持速度是非常重要的。如果速度太慢,很可能会出现陷到雪里被困住的局面,得自己把自己挖出来。如果速度保持得很好的话,你会非常轻松地停留在松雪表面。还有一点值得注意的是,为了避免滑雪板陷入松雪里,要尽量保持身体向后稍微倾斜的姿势,同时脚尖向上。

由于松雪层不仅厚而且很松软,当人们在上面滑雪时就会变得更加无所顾忌,且用力很大。但是你一定不要忘记,松雪有可能只是在岩石、冰面、树桩甚至还有裂缝上薄薄地覆盖一层,形成陷阱。

所以,要把视野放得远一些才好,尤其是当你在滑雪道以外滑雪时,切不可不加选择,随意滑行。

污雪

通常情况下,松雪的下一个阶段就是所谓的污雪。随着越来越多的人在松雪上滑行,雪会在某些地方堆积起来,某些地方凹陷下去,新雪很快便变得面目全非,结果形成一块一块的松雪和被滑行过的光滑区域,表面坑坑洼洼的。这些被人们来回滑行过的雪或被其他因素污染的雪就是人们常说的污雪。不过,在污雪上滑单板比在松雪上更具有挑战性,会增加你的滑雪乐趣。穿越污雪的关键是更加主动地滑行,不过当你滑行时,要注意保持膝盖弯曲。

硬雪

硬雪,顾名思义也就是在松雪上覆盖一层硬壳形成的。经过阳光和风的融化作用,松雪的表面随后又被冷空气冻结,这样就形成了硬雪。如果滑雪者在很坚硬的硬雪上滑行,就如同在坚硬的冰面上滑行一样。如果在较软的硬雪面上滑行,极有可能会冲碎它,而且在你滑行的时候你的踝关节也可能会撞碎硬雪。在有夹层的硬雪上滑行乐趣会稍减,当冲碎滑行中的硬雪时,随后又会撞击到更硬的一层硬雪上。如此看来,在硬雪上滑行的时候,需要更加主动地滑行,眼睛要看着更远的路线。在转弯的时候,要有躲开硬雪的技巧,可以采取跳转过去的方式或者至少将膝盖提起转过去。

烂雪

当空气超过冰点的时候,雪开始融化,水分随之增多。这样一来,原本小巧的冰晶就会变成大颗粒的冰粒,形成烂雪。烂雪的本质是正在融化的雪,所以湿度很大。对于“烂”这个词,相信吃过冰点(冰激凌小吃)的人会有更好的理解。