“薛瑞預示著壹個豐收年”是在中國廣為流傳的農業諺語。在北方,厚厚的壹層松散的雪就像給小麥蓋了壹床被子禦寒。雪中的冷氮容易被作物吸收利用。雪水的低溫可以凍死地表越冬害蟲,給農業生產帶來好處。所以又有壹句農業諺語,“冬天麥子蓋三層,第二年和饅頭壹起睡。”
雪的作用廣泛,但對人類大有裨益。第壹,有利於農作物的生長發育。由於雪的導熱性差,在土壤表面覆蓋壹層雪蓋,可以減少土壤熱量的擴散,阻擋冷空氣在雪面的入侵,因此被雪保護的作物可以安全越冬。雪也可以為農作物儲存水分。此外,雪可以增強土壤肥力。據測定,每1升雪水含氮化物約7.5克。雪水滲入土壤,相當於施了壹次氮肥。用雪水餵養畜禽,灌溉農作物,可以獲得明顯的效益。
雪對人既有益又有害。三四月份的仲春時節,如果因為寒潮突然下雪。它會引起嚴寒。所以農業諺語說“臘雪是寶,春雪不好。”
雪花不會憑空產生。它們必須依靠平流層以下空氣中肉眼不可見的塵埃顆粒作為晶核。水蒸氣的水分子在冷空氣的作用下壹層壹層地在其周圍凝結,晶核從中心向外生長。形成雪晶大約需要5分鐘。在這段時間裏,造雪環境中的氣流始終是波動的,但水蒸氣必須等量地作用在晶核外圍。空氣中雲的厚度、濕度和溫度對雪花的形狀有很大的影響。星形雪花的形成需要較大的濕度,而濕度較小的雲容易形成片狀和粉狀雪花。其實單個的雪花極其微小,直徑0.5-3mm,5000個雪花在精密天平上只有1克,在顯微鏡下非常漂亮。普通水的水質取決於重水的含量,含量高,水質差。反而水質更好。正常情況下7公斤水含1克重水,而7公斤雪水只含0.25克重水,可見雪水的生化性能要好得多。如果有充足的雪和水,麥田在春天會長得很好。春耕時浸種,重水比例高,發芽率低。如果種子浸泡在雪水中,它們就會如魚得水。
雲是孕育雪花的地方。雪花就是由雲中的這些小晶核產生的。晶核的生長趨勢有三種:細長的六方晶柱,針尖像針壹樣的晶體針,以及細長的六方片。如果它們周圍的水汽濃度低,冰晶的生長就很慢,四面生長均勻;如果周圍水蒸氣濃度高,不僅體積會增大,而且在生長過程中形狀也會發生變化。最常見的就是天上掉下來的六邊形雪花。為什麽都傾向於六邊形?原來冰晶生長的時候消耗了附近的水汽,所以離冰晶越近的水汽越稀薄,更遠的水汽自然就來補充了。它們首先遇到的是向前延伸的尖角,於是每個尖角都被迅速拉長,逐漸變成樹枝狀。同樣的道理,在這些“樹枝”上又長出了新的小樹枝,我們看到的六邊形雪花就這樣壹次又壹次地形成了。雪花形成前,底面正六邊形和側面長方體的晶體生長速度不同,形狀也隨之變化。比如溫度會給結晶的表面帶來微妙的變化。溫度接近0℃時,底面水平膨脹成六邊形,達到-5℃時形成針狀,下降到-5 ~-10℃時開始形成正六棱柱和邊中空的六棱柱。在-15℃形成枝晶,當溫度下降到-10 ~-21℃時,正六邊形又開始膨脹,然後生成六棱柱。
當周圍水汽含量較少時,形成過程也較慢,不易出現復雜的形狀。相反,水蒸氣含量越大,形成速度越快,形狀越復雜。樹枝狀雪晶,也就是所謂的“雪花”,往往是在-15℃左右,含有大量水汽的環境中生成的。雖然晶體形成的速度取決於溫度和水蒸氣濃度,但空氣中的其他氣體也會影響其形成。實驗表明,幾乎所有在只有水蒸氣的真空空間中形成的冰晶都是單三棱柱形,而在天空中形成的晶體則呈針狀和六棱柱形。經過計算機計算,可以重現冰晶向六個方向延伸的形狀,但它們為什麽在中間分叉的原因始終無法解釋。如圖所示,奇妙的點對稱分支模式的機制仍然是壹個謎。