Крошечные частицы оказывают непропорционально большое влияние на грозовые облака и осадки
Микроскопические частицы могут усиливать мощные штормы и влиять на погоду гораздо сильнее, чем считалось ранее. К такому выводу пришло исследование, опубликованное 26 января в журнале Science.
Работа сосредоточена на роли мельчайших взвешенных в воздухе частиц, известных как аэрозоли, которые могут происходить из городского и промышленного загрязнения воздуха, лесных пожаров и других источников. Хотя ученые знали, что аэрозоли могут играть важную роль в формировании погоды и климата, новое исследование показывает, что самые мелкие частицы оказывают непропорционально большое влияние: частицы размером менее одной тысячной ширины человеческого волоса могут вызывать усиление штормов, рост облаков и увеличение количества осадков.
Выводы основаны на уникальных данных, полученных в ходе исследовательской кампании GoAmazon в 2014-2015 годах. Ученые использовали природную лабораторию — чистый район Амазонии, за исключением окрестностей крупного города Манаус с населением более 2 миллионов человек. Это позволило изучить влияние загрязнения в условиях, близких к доиндустриальным, и отделить эффект частиц от других факторов, таких как температура и влажность.
Исследователи изучили роль ультрамелких частиц размером менее 50 нанометров в развитии гроз. Ранее было известно, что более крупные частицы способствуют формированию мощных восходящих потоков воздуха, создающих облака. Однако теперь впервые обнаружено, что такие же свойства есть и у более мелких частиц, например, от транспортных и промышленных выбросов. Более того, они могут усиливать облака гораздо эффективнее своих крупных аналогов.
«Мы показали, что присутствие этих частиц — одна из причин, почему некоторые штормы становятся такими сильными и производят так много дождя. В теплой и влажной области, где атмосферные условия в остальном очень чистые, внедрение очень мелких частиц может оказать значительное влияние», — пояснила ведущий автор статьи в Science Цзивэнь Фань из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США.
Детальное компьютерное моделирование показало механизм этого влияния. В теплой и влажной среде с низкой концентрацией крупных частиц создаются условия для конденсации избыточного водяного пара на ультрамелких частицах. Несмотря на малый размер, они присутствуют в огромном количестве, формируя множество мелких капель. Усиленная конденсация высвобождает больше тепла, что делает восходящие потоки мощнее, вовлекая больше теплого воздуха, капель и производя больше осадков, включая лед, снег и дождь.
«Мы показали, что в чистых и влажных условиях, подобных тем, что существуют над океаном и некоторыми территориями в тропиках, крошечные аэрозоли оказывают большое влияние на погоду и климат и могут сильно усиливать штормы», — резюмировала Цзивэнь Фань. — «В более широком смысле результаты позволяют предположить, что с доиндустриальной эпохи до наших дней человеческая деятельность, возможно, сильно изменила характер штормов в этих регионах».