理論上講,水結的冰應該是純潔透明的,但是實際上我們在家裡凍一個冰塊,永遠不可能達到純潔,裡面會有夾雜氣泡,所以一塊冰裡面是白色的絮狀。
商業上人工製造的超純冰塊,價格非常的昂貴。因為它的製造工藝很特殊,首先製造冰塊的水必須是純淨水,裡面沒有任何雜質,而且它冷卻的時候還必須從中心向外部冷卻。
因為,如果從外部向中心冷卻的話,就會產生外面先凍結而裡面沒有凍結的情況,隨著繼續變冷,溶解在水裡面的氣體會析出,但是又被外面的冰層所阻擋。完全凍結以後就形成了冰和氣泡的包裹體,冰塊是透明和白色相間雜的。
除了從中心冷卻的方法以外,還有一種製造超純冰塊的方法。就是先製造一種過冷水,然後擾動一下,讓其瞬間凍結。
所謂的過冷水,就是讓水的溫度降低到0℃以下,還保持液態,但是這樣的製備方法只有在專業的實驗室裡才能夠成功。
商用可食的超純冰塊極其昂貴,價格是普通冰塊的1000多倍。
但是,大自然有一種製造超純冰的方法,不僅不會產生商業價值,還會造成嚴重的交通事故。
▍高速公路上的連環撞車。
2021年12月23日,美國威斯康星州奧西奧到諾斯菲爾德之間的94號公路上發生了連環車禍,超過100輛車連環相撞,有幾輛大卡車起火。
發生車禍的原因是凍雨導致了路面結冰。
而且,凍雨形成的冰是超純冰,中間沒有氣泡和任何雜質,完全透明無色,鋪在路面上根本看不出來。
這次事故發生在一個上坡路段,凍雨在地面形成了冰層,卡車開到坡中間就倒退下來,和後面的卡車撞在了一起,引起了連環撞車事故。
惡劣的天氣會帶來冰凍、冰雪和凍雨,在很大程度上改變了美國的交通格局。
為什麼美國人很喜歡坐飛機?都和美國中部大範圍惡劣天氣有關。
▍什麼是凍雨?
簡單的說,凍雨就是在空中掉落的時候是雨滴,觸到地面那一剎那就會變成冰。
在天上的時候,雨在雲層形成是微小的冰晶。
冰晶重量太大的時候,上升氣流託不住,它就會掉落下來。在掉落的過程中,被空氣加熱,冰變成了水,就是雨滴。
但是,如果雨滴在接近地面的時候又遇到了一層冷空氣,那麼雨滴不會結冰,而是形成過冷水滴。
過冷水滴的溫度已經在0度以下,但是仍然是液態。
過冷水滴一旦被擾動,立刻會結冰。
▍過冷雨水滴是如何形成的?
水結冰的時候,需要中間有雜質、空氣作為凝結核。
地面上一個大氣壓的時候,水裡會溶解一部分氣體。
20℃情況下,一立方米水中可以溶解20升空氣。
但是雨滴在高空形成的環境,空氣稀薄,氣壓非常低,大氣壓只有地面大氣壓的1/5~1/10。在水中幾乎沒有空氣,所以才會出現過冷水。
過冷水滴在下落過程處於失重狀態,沒有擾動,所以在空中飛行的時候,仍然能儲存著液態。
▍什麼氣象條件下才會形成凍雨?
凍雨形成需要大氣層中產生逆溫。
正常的氣象條件是,空氣靠近地面的部分溫度高,越到高空溫度越低,這種情況就叫做順溫。
正常的情況下,海拔每升高100米,溫度會降低1℃左右。
大氣層要靠順溫產生對流,才會有正常的水氣迴圈。
但是某些特殊的時候,靠近地面的空氣溫度比高空的空氣低,就會形成大氣逆溫。
大氣逆溫在美國比較常見,因此很容易形成大範圍的凍雨,這和美國的地形因素有關。
▍美國的地形特點。
美國的地形就像一個簸箕,北面靠近加拿大的地方高,東、西靠海都是山地,中間是廣闊的美國大平原,密西西比河在大平原上流淌,簸箕口在墨西哥灣。
但是來自北極的冷空氣掠過加拿大以後,翻過美國和加拿大邊界就沒有什麼阻擋了,可以從北到南一夜之間推進到墨西哥灣。
因為冷空氣來的速度太快,熱空氣還來不及退散,冷空氣又比較沉,所以就沉澱在熱空氣的下面,形成大範圍的逆溫。
▍美國國土中央飽受惡劣天氣影響。
實際上美國氣候、環境比較好的地方只有三塊,一個是太平洋沿岸,一個是大西洋沿岸,還有一個就是墨西哥灣這一帶。
從加拿大的邊界一直到墨西哥邊界,這一溜的各個州都飽受惡劣氣候的影響。
2021年2月,大範圍內的極端寒潮和冬季風暴,給西部、中部和東部的許多州帶來了很大的損失。
從內布拉斯加州向南到德克薩斯州,氣溫比正常值低了22℃。
凍雨會粘在物體上,冰住電線和鐵塔,越裹越厚,會把電線拉斷,鐵塔壓垮。
大範圍的凍雨和暴雪,導致德克薩斯州和南部各州大面積停電,在停電高峰期,近1000萬人斷電。
僅在德克薩斯州,停電加低溫,造成了至少125人死亡。
2021年初,惡劣天氣的影響範圍包括俄克拉荷馬州、阿肯色州、密蘇里州、伊利諾伊州、肯塔基州、田納西州、路易斯安那州、密西西比州、科羅拉多州、俄勒岡州和華盛頓州。
▍為什麼美國中部只適合種地?
逆溫除了會製造凍雨和交通事故以外,還會製造大規模的空氣汙染。
因為從工廠裡排出來的廢氣,如果正確的擴散到高空,被季風吹走,在大氣層中稀釋,就不會造成嚴重的汙染事故。
但是,一旦逆溫發生,下面的空氣又冷又沉,工業汙染氣體都只能沿著地表擴散,會對人體造成嚴重危害。
所以美國的國土中部,不適合搞大規模的工業區,只適合種地。
美國的工業區全部在海邊,分別位於兩大洋邊上和墨西哥灣。
▍美國航空業發達的原因。
根據美國聯邦航空管理局資料,美國有380個主要公用機場,全部公用機場有5099個,私人機場有14528個。
其航空運輸業的發達程度全球第一。
美國最重要的經濟帶、城市群,都在國土的邊上,紐約到洛杉磯的空中直線距離是3900公里。
在惡劣的天氣條件下,如何跨越國土中部往來交通?當然最好的選擇就是飛機。
飛機的飛行高度只要超過對流程層,到達平流程層,就會避開惡劣天氣的影響。
發達的航空運輸業,也造就了舉世聞名的波音、洛克希德馬丁、惠普、GE等航空器製造巨頭。