Исследователи использовали дизельное загрязнение для понимания образования льда на саже в перистых облаках

В верхних слоях атмосферы ледяные кристаллы рождаются в тонких, перистых облаках. Большая часть этого процесса, называемого исследователями ледяной нуклеацией, инициируется на частицах сажи, пыли, соединений или других каплях. Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), Мичиганского технологического университета и Национальной лаборатории в Лос-Аламосе изучили различные частицы сажи, полученные от дизельного генератора. Они смоделировали ледяную нуклеацию на саже в условиях сверхнизких температур (до -50 °C), характерных для перистых облаков. Исследование показало, что все частицы были одинаково эффективны в нуклеации льда, но изменение свойств сажи влияет на наблюдаемую концентрацию ледяных кристаллов в облаках.

Перистые облака, состоящие из ледяных кристаллов, важны для климата Земли, поскольку влияют на то, как солнечная (радиационная) энергия фильтруется к поверхности планеты или блокируется и отражается обратно в космос. В природе образование льда в перистых облаках происходит в основном из-за посторонних частиц. В верхних слоях атмосферы лед может формироваться на частицах сажи из различных источников горения, таких как дым, пыль, выхлопные газы дизельных двигателей, вулканический пепел и промышленные или авиационные выбросы. Нерастворимые и стойкие частицы сажи могут быть подняты в верхнюю тропосферу мощными штормовыми системами.

Исследовательская группа создала свежие частицы дизельной сажи с помощью коммерческого генератора. Частицы поочередно разбавляли, охлаждали, сортировали по размеру, а затем физически и химически состаривали в климатической камере PNNL, чтобы смоделировать изменения, которые могут произойти в атмосфере. Для определения свойств ледяной нуклеации различных типов дизельной сажи исследователи использовали камеру непрерывного потока для диффузионной нуклеации льда. Каждый тест повторялся не менее трех раз.

«В природе, высоко в тропосфере, частицы сажи ищут партнера для замерзания, — сказал ведущий автор статьи, атмосферный ученый PNNL доктор Гоурихар Кулкарни. — В то же время, переохлажденному атмосферному водяному пару нужны частицы, чтобы состоялась эта встреча. Мы обнаружили, что частицы сажи могут "играть в труднодоступных"».

Ученые имеют очень ограниченное понимание того, как частицы сажи влияют на сложные ледяные облака в системе Земли. Эти находки могут привести к лучшему пониманию того, как перистые и другие облака влияют на радиационный энергетический баланс Земли. Известно, что сажа может как нагревать, так и охлаждать Землю — в зависимости от того, находится ли она в свободном состоянии или формирует облака. Что до конца не ясно, так это итог этого расчета — склоняет ли сажа энергетический баланс в целом в сторону потепления или похолодания.