雪花既是对称的，又是不规则的。作为气流的玩物，它在空中上下飞舞，在天地之间缓缓飘动。从3000米高空落到地面，甚至可以花上三天时间。中雨的降落速度大约为20千米每小时，而由千万冰晶组成的雪花的平均下降速度却只有4千米每小时。由于边缘有大量气流，雪花下落时会不时在水平方向“徘徊”，保持一种相对稳定的状态，就像从树上掉下的落叶一般。

冰晶是水蒸气围绕灰尘微粒凝结形成的。它会吸引空气中越来越多的水分子，从而出现凝华，主要是在尖端，从而让冰晶不断壮大。冰晶的形状取决于温度、湿度和气压。气压越高，冰晶的分叉就越明显。不到最后一刻，冰晶的形状很难预测，因为对其产生影响的要素在不断变化。许多冰晶凝结在一起，就形成了雪花。

每一片冰晶都有自己的主干和分支，它们合在一起，形成了反光的薄冰片。星形的雪晶往往有六个角，它们又会各自衍生出分叉。这种栅格化的形态，可以一直细分到分子层面。对称星形雪晶有时也会有三个角或十二个角，但除此之外再无其他可能。另外，雪晶也可能呈柱状或针状。栅格状的雪花就像一根六面小型冰柱。

约翰尼斯·开普勒因发现行星绕太阳运动的规律而闻名于世。1611年，他撰写了一篇名为《论六角形雪花》（Strena seu de nive sexangula, Vom sechseckigen Schnee）的短文来论述雪晶的六角形结构。他是第一个在科学层面上强调六角形雪晶的对称性的人，并将单片雪晶与堆叠而成的雪晶区分开来：“扁平细薄、晶莹剔透的雪晶大约只有一张纸那么厚，却有着完美的六角形状。它的边缘和角度都出奇一致，人类根本做不到如此精确。”但是，对于雪晶的多种样式和典型结构，开普勒并没有给出解释。在一次外出散步时，雪花飘落在这位鲁道夫二世的宫廷天文学家的大衣上，引发了他的深思：

1735年，巴尔塔扎·海因里希·海因修斯发表了《冰雪神学论：将雪视作上帝伟大产物的虔诚思想》（Chionotheologia, oder erbauliche Gedancken vom Schnee als einem wunderbaren Geschöpfe Gottes）一文。海因修斯是一项由神学家和哲学家发起的小规模运动的参与者，这些人试图在特定的物体和生物身上，发现上帝的准则。海因修斯的同伴恩斯特·路德维希·拉特莱夫发表了《蝗虫神学论》（Akrido-theologie），将蝗虫视作宇宙的中心。彼得·阿尔瓦特则出版了关于雷暴的《雷雨神学论》（Bronto-Theologie）一书。“六角形的小星星”让海因修斯为之倾倒：“永恒的上帝啊，这是多么可爱的景象！这些晶莹剔透的小镜之中，何尝不蕴藏着你的万能和智慧。它们是多么精致！即使是最为轻微的呼吸，也能令它们融化。它们的比例是多么匀称，每个分叉之间的距离出奇一致，仿佛经过数学家无比精密的测量。”

日本商人铃木牧之记录下了自己的研究结果：“将雪花置于放大镜下，可以看到上天所赐的各种奇特形状。”铃木牧之注意到了雪花的不同形状和不同气候条件之间的关系。他认为，圆形的六角雪花出自上天之手，棱状的六角雪花则是大地的馈赠。稍后，我们还将提到他对关西地区颇有见地的观察。

怎样才能更为真实地再现雪花的形状？研究者们通常把它绘成黑色，好与白纸形成鲜明的对比，但这并不符合雪花的本质特征。北极研究者威廉·斯科斯比用一支极细的黑笔手绘出了雪晶的轮廓，从而兼顾了它的形状和颜色。他的手绘作品与荷兰医生约翰·内提斯、英国气象学家詹姆斯·格莱舍的作品被一道收录在美国福音传单协会1863年出版的《雪花：自然之书的一章》（Snow-fakes: A Chapter from the Book of Nature）一书中。这本书中丰富的解说文字可以说是对雪和冬天的抒情赞歌。例如：“雪花装饰了冬日，弥补了叶落花谢的遗憾。”又如：“雪花是世上最冰清玉洁的事物。”雪与欢乐、善举联系在了一起，当然，雪也带来了些许忧郁。

论及更为精准地描述雪花的形状，当然是在显微镜和摄影技术结合之后。这一切都与一个人密不可分——来自佛蒙特州耶利哥的美国农场主威尔逊·本特利。当普通人在风雪天迫不及待地回家躲避时，他却全副武装，带着一块漆成黑色、带有两个金属手柄的木板去雪中“捕捉”雪花。他用放大镜逐一观察雪花的形状，借助鸡毛掸子将那些不感兴趣的雪花扫除。一发现自己感兴趣的雪花，他就把木板拿到房子阴面没有暖气的木板棚里。他用一块笤帚片小心地铲起雪花，将它放到显微镜的载玻片中央。如果位置不对，还需用柔软的鸟羽调整位置。完成这件不损坏雪花晶体结构的精细活，需要上佳的指尖触感。“我的手非常稳……我从不抽烟喝酒，也不服用任何可能对神经产生负面影响的兴奋剂。”本特利曾经这样说。

他必须万分小心才能做到这一切，因为他每次都在和时间赛跑。他不能朝着研究对象呼气，否则雪花就会在他眼前融化。屏住呼吸的同时，他还要试着在纸上临摹出雪花的形状。就算没有雪花融化的危险，时间依然是他的敌人。即便是在极低的温度之下，水分子依然会从冰晶中挥发。这一过程会很快在冰晶的末梢和棱角处发生，导致结构的改变。具体来看，气温、大气湿度和冰晶大小等都会影响水分子的挥发。每一次，本特利都只有几分钟时间来观察和临摹雪花的“原始状态”。

后来，他想到了把照相机和显微镜结合起来。这个体型瘦削的男人手臂较短，给照相机对焦有些困难，为了便于操作，他给这个装置安了操纵杆。1885年1月15日，年仅十九岁的本特利成功拍摄了第一幅雪晶的微缩照片。

这位业余爱好者一坚持就是46个冬天。即便在1888年3月11日这个美国历史上最为残酷的暴风雪之夜，他也与雪花“待在一起”。在这四十多年间，本特利给这些精致的样品拍摄了5381幅照片。他曾留下一句名言：世上没有完全相同的雪花。1931年，他将其中2000幅照片集结成册，出版了《雪晶》（Snow Crystals）一书。拍摄雪花成了他一生的爱好和执念。除此之外，他还要照顾母亲，并坚持自己的另外一些爱好：从报纸上剪下面带笑容的年轻默片影星头像，以及给少女拍照。

威尔逊·本特利当然是伟大的，但他没有严格遵循科学准则——对于雪晶的形状，他有着自己的标准。他只考虑那些对称完美的雪晶，并耗费很长时间对摄影负片进行加工，其中就包括修版。经过这样的处理，黑色背景映衬下的雪花就像放置在丝绒布上的钻石。一方面，这使得他的照片被指责为“科学媚俗”；另一方面，科普著作却不遗余力地翻印他的照片，人们从此对雪花有了完美对称的刻板印象。更有一些艺术家、首饰制造商和玻璃制品设计师干脆把本特利的摄影作品当作灵感的来源。

日本物理学家中谷宇吉郎严格从科学角度出发，拍摄了许多雪花的照片，并对它们进行了系统的研究。他设计的动态模型，可以反映气温和空气中水蒸气含量对雪花形状的影响。他得出了以下结论：零下20摄氏度到零下10摄氏度的气温和较高的大气水蒸气含量最有利于大片星形雪花的形成。但是，中谷宇吉郎是在实验室中得出的结论。当雪花在云端上下飞舞的时候，环境温度和湿度都会发生改变。在这个过程中，雪花还会呈现出一些过渡形状，最终凝结在一起。1936年，中谷宇吉郎在专门搭建的低温实验室里培育了第一片人工雪晶：它附着在一根兔毛的尖端。他曾说：“雪花可被称作天堂来信。”

冰粒和霰[由白色不透明的近似球状（有时呈圆锥形）的、有雪状结构的冰相粒子组成的固态降水，落在硬地上常反跳，松脆易碎。]是雪花在下落的过程中开始融化、在进入冷空气层后又重新结冰形成的。如果雪花只融化了一部分，就会形成各种各样的形状：这样的霰外壳坚硬，内核柔软。各种形状不规则的小冰块从天而降，就形成了冰雹。它形成于积雨云中。小冰晶或凝结的水滴通过不断吸收表面的水分，在云中不断增大，并随着上升和下降气流而不断升降。它们最后的大小，取决于上升气流的强度和云中积聚的水滴含量。当上升气流无法承受它们的重量时，它们便落到地面，成为冰雹。个头较大的冰雹可能会造成严重的灾害。

直径1毫米的冰晶含有约1020个水分子。这些水分子在两片冰晶中所处位置完全相同的可能性极低，所以根本不可能有两片完全相同的冰晶存在。一般情况下，雪花的直径只有几毫米。5毫米直径的雪花重量正好是4微克。当气温略低于0摄氏度时，冰晶的凝结力最强，也最容易形成大片的雪花。一位美国农场主曾说，自己1887年测量的一片雪花直径为38厘米，足有一个飞盘那么大，但这种说法的真实性还有待考证。

因纽特人的语言中真有数不清的词去形容雪吗？这是人类学家弗朗兹·博厄斯在19世纪80年代考察加拿大北部的巴芬岛时提出的观点。鉴于冰雪在那里太过常见，这样的说法似乎很能令人信服。这种假设基于这样一种观点：与自然力量接触更为密切的“自然人”早已学会更好地区分雪花的细节，并由此形成了无比丰富的语汇。但这种说法并非无可指摘，因为因纽特人（可细分成22个区域族群）的语言恰恰以言简意赅著称，印欧语系日耳曼语族的语言中要一句话才能表达的意思，因纽特语只需一个词就能表达。这种将基本词和语义要素结合在一起的语言，被称为多式综合语。另外，在德语、英语和法语中，也不是只用一个概念去形容雪的各种形式。因纽特人用来形容雪的那些神秘用词，如natatqonaq（糙雪）、siqoq（雪雾）、anniu（降雪）、upsik（风吹雪）、siqoqtoaq（融化后又在树根重新凝结的干硬的雪）、qali（树上的堆雪）——这只是一小部分——也都可以在德语中找到相应表达。无论如何，轻率地进行比较和仓促地下结论都会造成一些问题。

冰岛语中也有许多用来描绘雪的词语，如优美而神秘的mjöll或nýsnær（新雪）、fannkoma（降雪）、hundslappadrífa（晴天落下的鹅毛大雪）、lausamijöll（霰）、ofanbylur（风雪）、skafkafald（风滚雪）和fukt（小雪）等。有人耗尽心力整理了挪威语中与雪存在广义关联的上百个词，它们或有自己的视角和故事，或体现了某种诗意。heiske意为“晴空中落下的细雪”，blåstøde是“富含水珠的雪”，fjorsnø指“去年的雪”，smaladrepar是“表面结冰的湿润雪层，它覆盖在地面上，使得牲畜无法觅食”。此外还有stolpesnø（跌跌撞撞的雪），即那些尚未落下、漫天飞舞的雪。

自从单层玻璃被双层玻璃和保温玻璃取代之后，窗户上的霜花变得越来越罕见。这种一层层向上“生长”的精致冰晶形似植物，引人遐想。现在，偶尔还能在车窗或其他光滑的表面上发现它的存在。霜花是液态水在严寒之下结冰形成的，是内与外、文明与自然发生碰撞的结果，它一成形就面临着融化的危险。它与雪花有着不同的晶体结构，只能在物体表面循着特殊的规律生长。几百年来，人们一直在不遗余力地研究它。为了解释它那神似植物或花朵的外形，一些人几近抓狂。它既让人欣喜，又使人迷茫。就连“霜花”这个词本身也有奇特的矛盾性。生命究竟来自何处，又在何处湮灭？人们一直试图找出霜花的植物性。还是说，它只是生机勃勃的大自然的倒影？

霜花造型精美、浑然天成。在德语文学史上，研究它的作品不在少数。在对它的结构有更深的研究之前，一些思想家曾认为霜花是有机体。歌德曾在给友人卡尔·路德维希·冯·科内贝尔的信中坚决反对“把霜花视作植物”。这个问题越闹越大，甚至一度导致两人反目。后来，在卡尔·菲利普·莫里茨的斡旋之下，两人才就这一“自然和艺术之美”达成一致意见。亚瑟·叔本华也在《作为意志和表象的世界》一书中论及霜花：“窗玻璃上的冰有序结晶，这是自然的意志和力量得到体现的结果；但由此形成的树木和花朵，却只能供我们观赏，本质上并不重要。”

在路德维希·蒂克的中篇小说《生活的充裕》（Des Lebens Überfuss）中，克拉拉将姑母的猜测告诉了自己的丈夫：“结着厚厚一层霜的窗户，大概比洁净的窗户更为保暖。”窗户上的图案，也让她十分着迷：“这些形形色色的花朵是多么奇妙！我总觉得在现实生活中见过它们，却又很难用言语描述。看啊，它们相互交错，就在我们说话的这一刻，这了不起的花瓣似乎又变大了一些。”在托马斯·曼的长篇小说《浮士德博士》中，阿德里安·莱韦屈恩也认真研究了窗上的霜花：“隆冬时节，每当那些水晶般的雪遮住了布赫尔小楼的农家小窗时，他便往往会用肉眼或放大镜专心致志地凝视它们的结构长达半个小时之久。”他认为，它们是在“用某种变戏法似的无耻去模仿植物，美妙无比地装扮成棕榈叶、小草以及杯状和星形的花朵，利用它们冰冷的手段在有机界班门弄斧”。他饶有兴致地思考起幻影与植物形态之间的关系：“他提的问题是，这些幻影是形成于这些植物形态之前，还是形成于模仿它们之后？”奥地利作家菲利克斯·布劳恩曾在散文《霜花》（Die Eisblume）中写道：“生命被镌刻在水的本性之中，它在严寒的逼迫之下，会用最为神奇的方式在玻璃上吐露自己的秘密。”

今天，科学家对冰晶及其构成原理已经有了更为全面的了解。“水分子间的引力决定了即便是最小的冰晶也有基本的六角形结构。”物理学家卡琳娜·摩根斯坦解释说。这一基本的构成原理从一开始就决定了棱角的产生。“空气中的水分子在发生凝结时，会直接附着在已有的冰晶之上。”这位女科学家继续说道。不同的生成条件对晶体结构有着明显的影响，主要包括基底及其晶格缺陷、温度（5摄氏度之差就能造成结构的巨大差异）和含水量。水分子的积聚效应主要发生在晶体棱角上，使得闪闪发光的晶体不断变大。“晶核”是结晶的必要条件，它可以是粉尘微粒，也可以是光滑表面上的一道划痕。如果大胆地把它和“花心”联系在一起，说霜花和真实的花朵相似，似乎也不无道理。但卡琳娜·摩根斯坦的研究并非围绕霜花展开：她会在实验中将水汽喷向镀金、镀银、镀铜和镀锌的光滑表面，然后刻意在上面涂上一层食盐。

几年前的一个冬日，美国摄影师乔纳坦·尼莫弗洛在马萨诸塞州南塔克特岛岸边目睹了不可思议的一幕。眼前的海水已半冻成冰，海浪移动的速度也比平常慢得多。除此之外，这幅奇景的“配音”也不同寻常：“人们平时总能听到海浪的拍击声，可当时却异常安静，仿佛我的耳朵已经被耳塞堵住了。”第二天，尼莫弗洛再次回到了那片沙滩。这一次，一切都停止了活动：海浪不见了，整片海域都结了冰。昨天的那番景象，或许是因为海浪的移动破坏了冰晶结构，使得覆盖层无法及时形成。对此，科学家们还在努力给出更为准确的解释。

雪环的直径可以达到60厘米，其中的圆孔直径可达到16厘米。本特利曾观察并记录下雪环的形成与移动过程。它最初只是一个从树梢或山岩上坠落的雪团，落到地面后，它会继续移动，上面附着的雪会越来越多，直到无法被风继续吹动时，它才会停下来。强风吹过平地时也可能产生雪环。雪环的内侧不仅没有雪块堆积，还有一个空洞，这的确让人觉得不可思议，显然，这是离心力作用的结果。

这些例子表明，雪的确可以流动。当温度接近冰点时，只需借助极小的外力，就可以让雪流动：

当一层层冰晶像扑克牌一样堆在一起时，这块冰就会流动起来。通常情况下，含冰的物质仅靠重力作用就能发生位移，温度接近零点时就更是如此。所以，冰川才会在山间流动[指极地或高山地区地表上多年存在并具有沿地面运动状态的天然冰体，有可塑性，在重力和压力作用下，可产生塑性流动和块状滑动。]。雪也有着同样的可塑性：例如少量积雪可沿着屋顶边缘悬垂而下。

冰晶在空气中与冷却的水滴相遇、结合，就会被霜化成霰。随着雪越积越多，底部的雪不堪重负，就会失去蓬松的形态。有时，风会将表层的雪粒吹起，直至它们重新分散落下。即便不存在上述情况，新落下的雪也在不断发生变化。科学家将雪的这种微观结构变化称作“雪的形态变化”。

随处可见的冰柱有自己的形成规律。冰柱末端的水滴绝不会比沿着冰柱表面流下的水滴更大。只要一直有融化的雪水从冰柱表面淌下并结冰，冰柱就会变得越来越粗。而冰柱的长度则与一个看似自相矛盾的事实有关：只有当水滴的流动速度几近停滞时，冰柱的长度才增长得最快，因为这时水滴有更多的时间冷却。如果沿着冰柱表面流下的水过多，正在凝结的水滴温度变高，水滴就不能很好地凝结在冰柱末端，甚至会因为来不及凝结而立即坠落。只要一直保持表面湿润，冰柱就会一直生长。有些冰柱即便已经完全冻住，依然会发生一些细节变化。它们的表面会出现一些类似“褶皱”的东西。如果表层最先被冻住，那么冰柱内的水在结冰的过程中会发生膨胀，甚至突破冰壁，从而形成“冰刺”。冰柱时不时会从高处断裂坠落，有的足有几米高，甚至会像手臂一样粗。但即便是较小的冰柱，如果跌落速度过快，也会造成严重的事故。

微小雪粒有时会形成冰针，这是一种很难观测到的现象。1918年，气象学家兼极地研究者阿尔弗雷德·魏格纳最早注意到了这一现象。一次，在孚日山脉散步时，他注意到了这些附着在枯死腐烂的树枝上的只有几厘米长的精致冰晶。它们的厚度大约只有0.1毫米。不久前，人们才终于明白了这一现象的成因。树枝上之所以会出现这一奇特的现象，是因为有一种名叫拟黑耳的真菌存在。科学家发现，这种真菌会分泌出一种蛋白分子，阻止冰层的形成。而这种分子本身又可以充当晶核：冰晶从这里发散，呈线状延伸，最后就成了冰针。在特定条件下，冰针的长度可达到10厘米。

在地球上的某些地方，你会发现冰川底下埋藏着惊喜。1993年，人们在西伯利亚针叶林、戈壁沙漠和哈萨克草原交界处的一座地下墓穴里，发现了一具有着近两千年历史的尸体。根据后来的现场还原，雪水曾灌进墓室，由于当地常年天寒地冻，便将这位“冰夫人”（又称“阿尔泰公主”）冻成了坚冰。20年前，美国考古学家约翰·莱因哈德在秘鲁安帕托休眠火山旁一座海拔6300米的冰川上发现了一个已经被冻成干尸的少女，以及一些价值不菲的陪葬品。灼热的火山灰融化了冰层，使她的遗骸得以重见天日。人们将这个“冰冻少女”命名为“胡安妮塔”，在被石块击中头部后，她已经在那儿躺了有500年。或许，人们把她当作祭品献给了火山之神，以求后者仁慈相待。但是，不管是“冰夫人”还是“胡安妮塔”，都远没有1991年出土的“奥兹”历史悠久。这个猎人兼牧羊人已经在阿尔卑斯山上沉睡了5300年。当然，论及尸体的保存完好度，约翰·富兰克林探险队成员的尸体远胜这些古老的木乃伊。1984年，在这些探险队成员失踪132年后，加拿大人类学家欧文·贝蒂终于开始找寻他们的踪迹，并最终在加拿大西北航道的比奇岛上找到了他们。他发现，这些人死于慢性铅中毒。

地球表面近四分之一的面积分布有永久冻土层，主要位于阿拉斯加、加拿大、西伯利亚、格陵兰岛、斯堪的纳维亚半岛北部及其他一些岛屿上。冻土形成于地表温度常年低于0摄氏度的地区。只有最外层的冻土会随着季节引起的气温变化而变化，即在短暂的夏季融化，除此之外的时间，整个地面都会冻得十分结实。在俄罗斯北部，这样的冻土层深达1500米。在这样的地面上建造房屋会遇到一些困难，因为建筑会向外散热，并对地面造成压力。这时候，就需要打木桩作地基，管道也必须沿着支架铺设。有时候，人们必须对地基进行人工冷却，以防止地表软化造成建筑沉降。在许多地方，气候变迁对永久冻土层产生了影响：越来越多的冻土层正在变为沼泽。