Мы ошибались в представлениях о формировании льда в перистых облаках

Поры в атмосферных частицах позволяют воде конденсироваться, что приводит к образованию ледяных кристаллов во влажном, но ненасыщенном воздухе. Это новый взгляд на формирование ледяных кристаллов в облаках, особенно в перистых.

Перистые облака — тонкие высокие нити изо льда — являются важными компонентами климатической системы. Они регулируют количество теплового излучения, испускаемого Землей в космос, поэтому имеет смысл учитывать их в глобальных климатических моделях. Для этого необходимо хорошо понимать, как эти облака формируются. Новая статья в PNAS показывает, что ранее предполагавшийся механизм образования льда во влажном, но ненасыщенном воздухе (характерном для перистых облаков) не работает. Вместо этого другой механизм лучше объясняет образование льда (а следовательно, и облаков), и детали здесь вполне ясны.

В атмосфере лед образуется на частичках пыли и других материалах в процессе, называемом нуклеацией. Ранее исследователи предполагали, что этот процесс в ненасыщенном водяным паром воздухе происходит, когда молекулы водяного пара собираются непосредственно в лед, минуя жидкую фазу. Однако, согласно исследователям из ETH Zürich, Университета Юты и Цюрихского университета прикладных наук, это объяснение не согласуется с наблюдениями и молекулярными моделями.

Подсказкой к истинному процессу послужил тот факт, что частицы с порами — как мини-губки — формируют ледяные частицы с гораздо большей эффективностью, чем частицы без пор. Это привело исследовательскую группу к предположению, что водяной пар может конденсироваться в крошечных порах, и ледяные кристаллы начинают расти из жидкой воды, а не из пара. В ходе экспериментов, включавших молекулярное моделирование и опыты с синтезированными пористыми частицами, команда пришла к выводу, что их гипотеза верна: даже когда воздух не полностью насыщен водой, пар может конденсироваться в мелких порах частиц и способствовать нуклеации ледяных кристаллов.

Этот процесс, названный авторами Pore Condensation and Freezing (конденсация в порах и замерзание), может быть активен и в других процессах облакообразования, что делает его новым важным фактором в понимании формирования холодных облаков и их влияния на климат.