冬天呼白氣，不全是因?yàn)槔洌磕蠘O呼不出白氣！

最近幾天連續(xù)降溫，全國大部分地區(qū)開啟了“速凍”模式，有些南方城市也下起了雪。南方的小伙伴們終于可以不用網(wǎng)上“云”看雪了！

圖源：小編的朋友圈

但天氣一冷，打哈氣、說話、甚至呼吸時(shí)都會有白氣，白氣仿佛成了冬天和寒冷的象征。大家有沒有想過，為什么冬天會呼出白氣，夏天卻不會？是越冷呼出的白氣越多嗎？

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南極呼不出白氣

要想知道呼白氣和冷的關(guān)系，我們可以去地球上最冷的地方——南極尋找答案。雖然我們沒有辦法親臨南極，但我們可以從影視作品中窺到一絲端倪，比如《南極大陸》電視劇中，主人公們似乎并沒有呼白氣，難道這部電視劇不是在南極拍的?還真不是這樣，南極科考過程中，科考隊(duì)員也經(jīng)常呼不出白氣。這到底是為什么呢？

圖源：《南極大陸》劇照這就要從白氣的成因說起了，白氣的本質(zhì)是水蒸氣凝結(jié)而成的液滴。我們的體溫在37度左右，冬天氣溫和我們呼出的氣體溫度相差很大，呼出的氣體中含有很多水蒸氣，水蒸氣瞬間冷卻凝結(jié)形成了一顆顆小液滴，也就形成了我們所說的“白氣”。不過，水蒸氣凝結(jié)需要凝結(jié)核，凝結(jié)核是各種各樣的固體小顆粒，水蒸氣吸附在小顆粒上可以更快地凝結(jié)變成液態(tài)水。南極的空氣很干凈，凝結(jié)核很少，所以很難立刻形成液滴。如果水蒸氣沒有很快凝結(jié)，就會擴(kuò)散到周圍的空氣中，低密度的水蒸氣更難凝結(jié)，所以就看不到“白氣”了。

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水的三種形態(tài)

我們可以通過水的相圖仔細(xì)了解一下，相圖里面的每個(gè)點(diǎn)代表了對應(yīng)溫度和對應(yīng)壓力下，水穩(wěn)定存在時(shí)的狀態(tài)。我們呼出的水蒸氣的分壓一般在0.6kPa到101kPa之間，當(dāng)溫度降低時(shí)，水蒸氣的相點(diǎn)會向左移動變成液態(tài)水。

但是如果空氣中沒有凝結(jié)核，水蒸氣就會暫時(shí)進(jìn)入一種“過冷”的狀態(tài)，如果此時(shí)突然出現(xiàn)凝結(jié)核，水蒸氣就會迅速液化形成大量的液滴，然而如果在出現(xiàn)凝結(jié)核之前，水蒸氣擴(kuò)散開來了，壓力降低到0.6kPa以下，就不會再凝結(jié)為液態(tài)水，即使溫度繼續(xù)降低，水蒸氣也會直接凝華成為固態(tài)的冰，不會出現(xiàn)白氣。

水的相圖

圖源：中科院之聲

如果空氣中水蒸氣的壓力低于0.6kPa，水蒸氣就會直接凝華形成冰晶。北方的冬天一般比較干燥，所以如果外面的溫度非常低，屋內(nèi)的水蒸氣碰到低溫的窗戶會直接凝華，形成好看的冰花。

冬天的雪也是自然界中的水蒸氣直接凝華形成的，如果你放大看會發(fā)現(xiàn)雪花是一個(gè)個(gè)漂亮的六邊形，這正是水蒸氣凝華時(shí)自然形成的結(jié)構(gòu)，是低壓水蒸氣的杰作。

圖源：攝圖網(wǎng)

如果空氣中水蒸氣的壓力高于0.6kPa，水蒸氣在降溫時(shí)就會形成液滴。如果是在高空中，就是我們常見的云；在低空中，就是我們所說的霧。換句話說，我們呼出的白氣和云、霧本質(zhì)上是同一種東西。

一般早上看到霧，是因?yàn)橥砩蠝囟容^低，如果空氣中的水蒸氣比較多，就會凝結(jié)為霧，太陽出來以后溫度慢慢升高，晚上形成的霧也就會慢慢散去，重新蒸發(fā)為水蒸氣。

圖源：攝圖網(wǎng)

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凝結(jié)核的利弊

知道了凝結(jié)核的原理，我們可以利用凝結(jié)核更快地產(chǎn)生液滴。在云中播撒適當(dāng)?shù)哪Y(jié)核或者其他催化劑，可以使云里的液滴更快地變大，從而降落下來，這就是人工降雨。人工降雨的過程其實(shí)比較復(fù)雜，但是其中很重要的一個(gè)因素就是增加凝結(jié)核。不過應(yīng)當(dāng)注意的是，這種增加凝結(jié)核的方式只是加速了云變成雨的過程，如果云本身沒有形成雨滴的潛力，那增加再多的凝結(jié)核也是徒勞無功。

圖源：攝圖網(wǎng)

凝結(jié)核雖然可以為我們服務(wù)，但是無意中產(chǎn)生的凝結(jié)核也會給我們帶來困擾，汽車尾氣、工廠廢氣等都含有大量的凝結(jié)核，會形成我們所說的霧霾。其實(shí)，霧和霾是兩種東西，霧是空氣中的小液滴，包括水以及空氣中其他的液體，而霾是空氣中的固體顆粒物。

通常來說，小的顆粒物在空氣中停留的時(shí)間更長，更容易被人體吸入。為了治理空氣污染，國家制定了各種污染物的標(biāo)準(zhǔn)，比如PM2.5指的是空氣中直徑小于2.5微米的細(xì)顆粒物，相應(yīng)的PM10指的是空氣中直徑小于10微米的顆粒物，也就是說PM10包含PM2.5。

圖源：攝圖網(wǎng)

這些顆粒物都是發(fā)展過程中的“副產(chǎn)物”，相比之下，南極呼不出白氣正是空氣質(zhì)量優(yōu)異的結(jié)果。近些年，在有效的治理下，空氣質(zhì)量逐漸改善，相信空氣污染只是發(fā)展過程中的陣痛。在寒冷的冬天，如果有一天，你呼不出往常一樣的白氣，那就是污染治理后，大自然給我們最好的反饋！

作者：姜暢，中國科學(xué)院物理研究所博士

編輯：小叮當(dāng)

題目圖源：sohu.com