第四节霜
在寒冷的日子里，有时微风不动，星月皎洁，清晨醒来，推开门，有时候你会发现屋面上、草地上覆盖着一层白色的结晶。太阳刚刚出来的时候，它们映着朝阳散发着光彩，太阳升高后就消失得没有了踪迹。人们把这种现象叫“下霜”。在我国传统的二十四节气中，还有“霜降”这个节气。通常，降雪、降雨，对于我们来说可谓是司空见惯，不过降霜却很少有人看到过了。霜是怎样形成的，也像雨雪一样从天而降吗？事实上，霜与雨雪是大不相同的，它并非从天空降下来，而是在近地面层的空气里形成的。
1.微细的冰粒——霜的形成
霜是一种附着在地面或植物上面的微细冰粒，是由于接近地面的水蒸气冷至0℃以下凝结而成的。霜多形成于夜间，有时在日落以前太阳斜照下，它也会悄悄地出现，不过这只是少数情况而已。一般情况下，霜在日出不久就融化了。除非是天气严寒的时候或者在背阴的地方，霜才能终日存在着。
通常，我们在一个寒冷冬季的晴朗、微风或者无风的夜晚过后，会发现户外的土地或小草坪上有一层薄薄的霜存在。那么，你知道霜到底是怎样形成的吗，它的形成又受什么条件制约呢？事实上，霜的形成受天气条件制约，同时也与所附着的物体的属性有很大的关系。它的形成取决于附着物和其周围气温之间的温度差，当物体表面的温度很低时，而它周围的空气温度却比较高，这样在物体表面和空气之间就有了一个温度差，温度较高的空气和温度较低的物体表面相接触的时候，空气因受冷开始冷却，空气中的水汽饱和，多余的水汽凝结附着在物体表面。如果当时温度正好在0℃以下，那么，这些多余的水汽就会在物体表面上凝华成白色的霜。
霜形成的天气条件之一就是晴朗。
无云的晴朗天气对霜的形成很重要，这是因为云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的，这样就不利于霜的形成。而在晴朗的夜晚，地面辐射冷却比较强烈，因而是霜形成的有利条件。
此外，风也影响着霜的形成。一般微风和无风的天气情况下有利于霜的形成。微风时候，空气缓慢地流经冰冷的物体表面，为霜的形成不断地供应着水汽。不过，如果风太大，则不是成霜的理想条件，即如果风大的时候，空气流动太快，这就使暖空气和冷物体表面接触的时间过短，不利于霜的形成。而且风大的时候，通常会使上下层的空气互相混合，因而不利于温度降低，也不利于霜的凝结。
一般而言，3级以下的风对霜的形成没有阻碍作用。
霜的形成不仅取决于天气条件，而且和地面物体的属性也有关系。霜是水在辐射冷却的物体表面上凝华而成的，所以，越容易辐射散热的物体越有利于霜的形成。同类物体，外界条件相同，如果质量也相同的话，则其内部的热量也相同。
若物体在夜间同时辐射散热，则表面积大的物体散热会快一些，因而冷却得也比较快，也就更容易在表面结霜。我们常常在草叶上看到霜，这是因为草叶很轻，表面积却比较大，所以在草叶的表面很容易成霜。还有，同样的物体，表面粗糙的比表面光滑的容易成霜，这是因为物体粗糙的表面比光滑的表面容易辐射散热，如土块表面经常看到结霜现象，而光滑的地面结霜则很少。
根据结霜现象，人们还可以推测未来几天的天气情况，这是因为如果出现结霜现象，就说明了夜间天气晴朗并寒冷且大气稳定，地面辐射降温比较强烈。因而，便可以推断出此时的该地区一般都处在冷气团的控制下，以后的几天都会是晴朗的好天气。在民间，有“霜重见晴天”的谚语，说的就是这个道理。
2.霜的罪恶——霜冻
霜对农作物产生的冻害，称为霜冻。我们知道，农作物是由许多细胞组成，而细胞之间和细胞内都含有大量的水分。当温度降到0℃以下时，细胞之间的水分就开始结冰。水结冰的时候体积膨胀，细胞之间的冰粒就会压缩细胞，迫使细胞内部的水分渗透出来。这样，细胞因失掉过多的水分，内部的胶状物开始凝固起来。如果在遭遇严寒霜冻后，气温再突然回升，农作物细胞渗出的水分则会很快蒸发掉，从而使得失水的细胞再也无法复原了，最终导致农作物死亡。
3.区别概念-霜与霜冻之别
提到霜，我们会很快联想到霜冻。霜和霜冻是不是一个概念呢，它们究竟有什么不同呢？下面，就让我们来认识一下“霜”和“霜冻”对“孪生姐妹”有何区别。
通常，霜是由于贴近地面的空气受地面辐射冷却的影响而降温到霜点的，是一种空气中过分饱和和部分地面上一些传热性能不好的物体表面所凝华而成的白色冰晶。霜的结构比较松散，形成的时间一般是在冷季夜间到清晨，成霜时，天气大都晴朗无风或者微风。
有时候我们在洞穴里、冰川的裂缝口和雪面上也会发现霜的影子。一般来讲，在四季分明的中纬度地区的深秋至次年早春的季节，夜间的温度一般都能降到0℃以下。所以，晴朗无风夜晚的近地面空气中，因降温而过饱和的水汽，由于受到冷却会在地面的物体上凝华而形成霜。
霜冻一般发生在春秋季节的转换时期，通常是白天气温高于0℃，夜间气温短时间降到0℃以下，实际上，它属于一种低温危害现象。霜冻出现时，常伴有白霜，偶尔无白霜的时候，人们则把它称之为“黑霜”或者“杀霜”。
晴朗无风的夜晚，因辐射冷却形成的霜冻称为“辐射霜冻”。
而因冷空气入侵形成的霜冻则称为“平流霜冻”。通常，在这两种过程的综合作用下而形成的霜冻则称为“平流辐射霜冻”。不过无论是哪种霜冻，其对农作物的危害都是不可避免的。
4.霜之美——雾凇
雾凇是一种仪态万方、独具丰韵的奇观，是北方常见的一道亮丽的风景。你喜欢看雾凇吗？你知道雾凇是怎样形成的吗？
雾凇俗称“树挂”，是北方冬季常见的一种类似霜降的自然现象，是一种冰雪美景。在冬季的雾中，无数0℃以下而没有结冰的雾滴，受风的吹动挂在了树枝等物体上，经过不断地聚集冻粘，最后就形成了雾凇。雾凇一般为白色不透明的粒状结构沉积物。雾凇现象在我国北方地区和南方高山区都很常见。它的形成只要雾中具备过冷却水滴就可以。
过冷水滴（即温度低于零度的水滴）和同样低于冻结温度的物体相撞时，就形成了雾凇。当水滴小到一碰上同样冰冷的物体马上冻结时，就会结成雾凇层或雾凇沉积物。
雾凇层由无数小冰粒组成，在小冰粒之间存在着气孔，因而雾凇就有了典型的白色外表和粒状结构。我们知道，雾凇很容易脱落，这是因为形成雾凇的过程中，各个过冷水滴的迅速冻结，使得相邻冰粒之间的内聚力作用较差而造成的。通常，在高山的山顶，由于被过冷却云环绕着，所以最容易形成雾凇现象。另外，在寒冷的天气里，泉水、河流、湖泊或池塘附近的蒸雾也可形成雾凇。雾凇作为一种自然美景，普遍得到人们的喜爱。但是，雾凇带给我们美的同时也作为一种自然灾害而存在着。一般来讲，严重的雾凇有时会将电线、树木压断，从而给人们的生产和生活带来诸多不便。同时，也会给社会造成相当大的经济损失。
第五节与水无关的冰
1.可以燃烧的冰——海底可燃冰
冰可以燃烧吗？或许你也许不会相信，但是，事实上人们在海底确实发现了一种可燃冰。
20世纪60年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”，它就是我们常说的“可燃冰”。通常，这种“可燃冰”在地质上称做海底可燃冰。
可燃冰是一种白色固体物质，外形类似冰状，燃烧力很强，可以说是一种上等的新型能源。其主要由水分子和烃类气体分子组成，主要成分是甲烷，因而又被叫做甲烷水合物。通常来讲，海底可燃冰是在特定条件（如温度、压强等）下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中而形成的一种外观像冰的固体水合物。所以，如果一旦条件改变（如温度升高或者压强降低），甲烷气体逸出，固体水合物就会趋于崩解。通常人们常常在水深大于300米的海底沉积物或寒冷的永久冻土中发现固态的可燃冰，这是因为那里的气压和温度非常适合它的存在。海底可燃冰依靠巨大水层的压力和较低的温度来维持它的固体状态，所以它一般存在于从海底到海底之下1000米的范围以内。而在深度大于1000米的海底，由于地温的上升，开始变得不利于保持它的固体形态了。
在物理性质上，海底可燃冰的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数和热传导率等也均低于冰。
（1）海底可燃冰的形成
众所周知，天然气分子被包进水分子中，在海底低温与高压的作用下结晶从而形成了可燃冰。一般来说，可燃冰的形成必须具备3个基本条件，即温度、压力和原材料。
①温度上必须保持在0℃以上，否则，可燃冰就很难形成，其最适宜的温度为2℃～4℃左右，通常来说，温度不宜太高，如超过20℃以上时，可燃冰就会自动分解。
②若在0℃的气温条件下，可燃冰的形成要有30个标准大气压。
一般是气压越大，形成的可燃冰就越不容易分解。
③在原材料上，海底有丰富的有机物质，这些含碳的有机物经生物转化后，可产生大量的天然气。
另外，加上海底的地层为多孔介质，所以，一般在同时具备以上3个条件的情况下，便可形成可燃冰。
（2）可燃冰的资源量
海底可燃冰绝大部分都分布在海洋里。相关专家估算，陆地可燃冰的资源量还不到海洋里可燃冰资源量的1%。据最保守的统计，全世界海底可燃冰中贮存的甲烷总量大概有1.8×1016立方米，合1.1×1012吨左右。因而，有人就预言，海底可燃冰可能是人类未来动力的希望。
西方学者称可燃冰为“21世纪能源”或“未来新能源”。在世界各地的海洋及大陆地层中，目前已经探明的可燃冰储量相当于全球传统化石能源(即煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上。仅海洋中的海底可燃冰，供人类使用1000年不成问题。