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天气瓶:结晶好看但与天气无关

【字体:   2014-12-17 16:33:34   来源: 果壳网  

天气瓶:结晶好看但与天气无关
一个典型的天气瓶(风暴瓶)(图片来源于:getdatgadget.com)

最近,一种叫做“天气瓶”的小玩意儿又在网络上流行起来。网上的介绍说,这种装在玻璃瓶里的透明溶液会随着天气的变化长出各种漂亮的结晶,从结晶的形态还能看出是否要阴天下雨。这个小瓶子真有反映天气的神奇功能吗?

天气瓶是什么?

自古以来,各个农耕文明都极其重视历法与气象观测。到了海洋文明时代,对气象预测的需求更加提升——如果在海上突然遇上一场风暴可不是闹着玩的。正因为如此,在那个科技还不算发达的年代,人们就开始积极地研究能够反映天气的设备了。

大约在18世纪末期,一种被叫做“风暴瓶”(StormGlass)的天气预报器出现了,据说它可以灵敏地感应大气环境中光、热和气压这些参数的变化,一旦有了变天的先兆,瓶中的化学物质就会发生一系列变化,变得浑浊不清,长出形态各异的结晶来。现在所说的天气瓶就是由此而来。

由于风暴瓶的很多原始资料都已散逸,最初的配方如何已无人知晓,甚至发明者是谁也已不可考,但这个发明在19世纪还是得到了不少科学界人士的改进。在风暴瓶的“研发史”上,最值得一提的人物是罗伯特·菲茨罗伊(RobertFitzroy)船长,正是他指挥的三桅帆船“小猎犬号”带着达尔文进行了那次著名的环球考察。而相对不为人知的是,菲茨罗伊船长同时也是一位气象学家,他进行了很多天气预报和监测工作。菲茨罗伊也确定了风暴瓶的基本配方:蒸馏水、乙醇、樟脑、硝酸钾与氯化铵,并将它用在了小猎犬号的航行当中。

根据当时的记载,人们相信这种配方的风暴瓶可以预测晴天、多云、风暴、大雾以及下雪等多种天气状况。据说判断天气的方法也非常简单:如果瓶中清澈,那就会是晴天;如果呈现云状,那就代表多云;倘若云状液体还拖着星状分布的沉淀,那不用说,就是风暴要来了。这样的描述,看起来还真与《水知道答案》有几分相像。

结晶能反映天气吗?

随着环境的变化,在天气瓶中确实可以看到形态各异的结晶,这个过程看起来相当神奇,也很有美感,但它实在很难反映天气的变化。

同一瓶溶液,为什么会出现不同的结晶形态?在实验室玩过结晶的人都知道,长晶体可不是理论上说长什么样就会长成什么样的,很多细节因素都可能对结晶过程造成影响。一般来说,分析晶体生长的情况,主要需要考虑溶质自身的特性、溶液体系、溶质浓度、温度以及温变速率这些参数,实验室里长晶体通常也都是从这些参数着手,添加不良溶剂、挥发、降温、控制晶核都是常见的方法;有时候,电场、磁场、加压等方式也会用于调整晶体生长。但即便如此,还是会出现很多意外,比如一粒肉眼不怎么看得见的PM2.5灰尘掉落到过饱和溶液里,这突然出现的晶核就可能立即打乱之前的所有工作。

具体到天气瓶来说,到底有哪些因素影响着它的结晶呢?这个问题已经有研究论文给出了答案。日本科学家长岛和茂(KazushigeNagashima)带领的研究团队曾专门进行实验,对天气瓶的结晶条件和结晶成分进行了验证[1]。X射线衍射结果显示,天气瓶中美丽的结晶就是樟脑晶体,氯化铵与硝酸钾在这个体系中并不会发生结晶,但它们的存在可以提供晶核。实验还发现,环境电场、磁场、湿度、气压这些因素对瓶中晶体的生长都没有影响,真正造成影响的主要因素就是环境温度以及温度变化的速率。

编辑:徐彦

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