不結冰的大瀑布

尼亞加拉瀑布位于加拿大icon安大略省icon與美國紐約州icon北部的邊界處，它由三個獨立的部分一—馬蹄瀑布icon、美利堅瀑布和新娘面紗瀑布icon組合而成，其中最高的馬蹄瀑布有51米的落差。一年四季之中，這里“飛流直下三千尺”的壯觀景象直吸引著世界各地的游客，尤其到了冬天，尼亞加拉瀑布還會變得格外華美。

當尼亞加拉河icon流域的溫度降到-20℃以下時，三條瀑布無一例外地凍結起來，組成了一面巨大的“冰毯”，河面變成了冰面，附近的拱橋icon、欄桿和路燈也被籠罩在白色毛茸茸的冰霧之中。如果將尼亞加拉瀑布的冬季景觀拍成迷人的照片，那就會讓人想起迪士尼電影icon《冰雪奇緣icon》中的場景。

因為，科學家會告訴你，尼亞加拉瀑布并沒有完全凍結，在冬季，每分鐘都會有8500萬升水從瀑布傾瀉而下，將這樣的激流完全凍結起來幾乎是不可能的。如果你有機會接近那面安靜的“冰毯”，你就會發(fā)現(xiàn)，在“冰毯”下面，仍然有大量的液態(tài)水icon正暢通無阻地奔流著。

所以，尼亞加拉瀑布不會完全凍結，但它畢竟太大了，那么其他瀑布呢？

也有會結冰的瀑布

2018年的寒冬，美國北卡羅拉納大學的物理學家勘察了當?shù)匾蛔?0米的瀑布，這條瀑布大部分（包括底部）都結冰了，反而在冰面上還有一條涓涓流過的小溪。

當時的溫度已經低至-15℃℃，遠遠低于水的凝固點，所以，小溪中的水已經是過冷水（0℃以下仍不結冰的液態(tài)水）。仔細觀察小溪，物理學家還發(fā)現(xiàn)，在-15℃℃的低溫，即使是過冷水也不能長期保持液態(tài)，它們在流速降下來時也會慢慢結冰，或者形成一團細小的針狀晶體icon——物理學家稱之為“軟冰”。

在美國加州的約塞米蒂國家公園icon，這里的瀑布又有另外一種結冰景象。在嚴寒的天氣里，湍流激起的水霧凝結成小冰晶，附著在巖石上，形成冰塊。以巖石為平臺，冰塊會生長，變得越來越大。繼續(xù)花足夠的時間來探索，你可能會看到冰鐘乳石icon懸掛在懸崖上，或者是從下面的地面上升起的冰石筍。如果一個下降的鐘乳石碰到一個上升的石筍，你會看到一個柱狀的、氣勢恢宏的“瀑布冰柱”。

世界上許多地區(qū)的瀑布，都喜歡生產“瀑布冰柱”，但它可能是非常危險的。俄羅斯icon的維柳琴斯基火山西北坡有一處瀑布，由于特殊的巖石構造，每年冬季都會形成一個40米左右的“沙皇冰柱”，吸引大量游客。然而，2021年1月7日，這個冰柱突然斷裂坍塌，造成數(shù)名游客被困，一人喪生。

瀑布結冰的物理學因素

為何瀑布結冰會有如此不同的形態(tài)？原因其實和物理學有關。

水結冰需要兩個條件，一個是低溫，另一個是凝結核。低溫可以使水分子的運動速度慢下來，然后分子間的引力使變慢的水分子趨向于進行有序的排列；凝結核的作用則在于打破液態(tài)水中的“平衡”，將趨向于有序排列的水分子聚集在一起結晶。在靜水中，溫度低至0℃時，如果水中存在凝結核，水就會慢慢在凝結核周圍結晶成冰，結冰過程正是從凝結核開始擴散到整個水域。

但是，如果水流動起來，造成的擾動就會對凝結核所起的“聚集”作用造成一定的破壞，從而使冰凍過程變得困難。水流的流量越大、速度越快，其凍結的可能性就越小。尼亞加拉瀑布雖然位于寒冷的高緯度地區(qū)，但水流太大,頂多只會表面結冰；科羅拉多州icon的小瀑布，水流規(guī)模適中，可以大部分結冰，但由于凝結核的數(shù)量不夠，表面還剩下一條由過冷水組成的小溪；大多數(shù)瀑布中的巖石,在溫度和濕度適宜的時候可以充當類似于水中凝結核的作用，幫助冰塊長大，形成冰柱。

只有在瀑布的水源也被完全凍住的時候，整條瀑布才是完全凍結的，但這種情況實在太罕見了，只可能在一些水流緩慢的、極小型的瀑布中出現(xiàn)。