Когда вулканы рисуют облака: Как вулканический пепел запускает образование льда в облаках
Представьте себе картину: грозный вулкан просыпается, выбрасывая в небо столбы дыма и пепла. Зрелище, безусловно, захватывающее и немного пугающее. Но задумывались ли вы когда-нибудь, что происходит с этим пеплом высоко в атмосфере, там, где рождаются облака? Учёные долго ломали головы над этим вопросом, и недавнее исследование пролило свет на эту загадку, преподнеся несколько сюрпризов.
Небесные дирижёры погоды: почему облака так важны?
Прежде чем мы окунёмся в вулканические страсти, давайте на минутку остановимся на самих облаках. Это не просто живописные барашки или грозные тучи, плывущие по небу. Облака — это настоящие терморегуляторы нашей планеты. Они покрывают около 70% земной поверхности в любой момент времени! Представляете? Их роль двояка: с одной стороны, они, как гигантские зеркала, отражают солнечный свет обратно в космос, не давая планете перегреться. С другой — они же улавливают тепло, идущее от Земли, работая как одеяло. Этот тонкий баланс критически важен для климата. Поэтому, чтобы наши климатические модели были точными, нам нужно досконально понимать, как формируются облака и что на них влияет.
И тут на сцену выходят аэрозоли — мельчайшие частички, взвешенные в воздухе. Это могут быть пыль, морская соль или, как в нашем случае, вулканический пепел.
Пепел в роли… ледяного магнита?
Учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) решили пристальнее взглянуть на то, как вулканический пепел взаимодействует с облаками. Они проанализировали целых 10 лет спутниковых данных, собранных миссиями NASA CloudSat и CALIPSO. Что же они обнаружили? Оказывается, частицы вулканического пепла могут стать настоящими «точками сборки» для льда в облаках.
В своей статье, опубликованной в престижном журнале Science Advances, исследователи рассказали, что после извержений, богатых пеплом, картина в небе заметно менялась. В облаках становилось меньше ледяных кристаллов, но зато те, что были, вырастали до более крупных размеров. А ещё чаще стали появляться перистые облака — те самые высокие, полупрозрачные и волокнистые красавцы, которые почти целиком состоят изо льда. Интересно, что если извержение было «бедным» на пепел, такого эффекта не наблюдалось.
Линь Линь, одна из авторов исследования, признаётся: «Мы показали, что частицы вулканического пепла могут запускать образование ледяных облаков, выступая в роли центров нуклеации льда». Проще говоря, пепелинки становятся своего рода «затравкой», на которой начинает намерзать лёд.
Ожидания и суровая реальность учёных
А вот тут начинается самое интересное! Изначально учёные предполагали совершенно иной сценарий. «Честно говоря, мы ожидали, что облака, затронутые вулканическими извержениями, будут выглядеть иначе, но не так, как мы в итоге выяснили», — делится Линь Линь. Команда думала, что вулканические аэрозоли, наоборот, приведут к увеличению количества ледяных кристаллов. Логика была такая: больше частичек — больше центров для конденсации — больше кристаллов.
Но данные спутников сказали «нет». Вместо этого исследователи увидели, что вода предпочитает собираться на поверхности уже существующих частиц пепла, а не замерзать спонтанно из переохлаждённых капелек. Этот процесс называется гетерогенной нуклеацией (когда для образования новой фазы, например, льда из воды, нужна поверхность-затравка). Первоначальная же гипотеза строилась на гомогенной нуклеации (когда лёд образуется спонтанно в чистой воде при сильном переохлаждении, без всяких примесей).
Получается, после «пепельного» извержения вода успевала «прицепиться» к частицам пепла ещё до того, как достигала тех критически низких температур, при которых она могла бы замёрзнуть сама по себе. «Результаты полностью перевернули наши первоначальные ожидания, — говорит Линь. — Отказаться от первоначальной идеи и разработать новое объяснение, основанное на неожиданных данных, было одновременно самой сложной и самой полезной частью процесса». Вот она, настоящая наука в действии! Не всегда всё идёт по плану, и именно такие неожиданные повороты часто ведут к самым важным открытиям.
Под неусыпным оком спутников
Стоит отдать должное и «глазам на орбите» — спутникам CloudSat и CALIPSO. Именно их радарные и лидарные данные (лидар — это как радар, только с лазером) позволили учёным заглянуть внутрь облаков и собрать воедино эту сложную мозаику. Объединив данные с разных инструментов, они смогли получить целостную и убедительную картину происходящего.
От вулканов к Арктике: новые горизонты
Что ж, пока учёные ждут следующего крупного вулканического извержения, чтобы снова проверить свои выводы (ведь наука любит повторные эксперименты!), они не сидят сложа руки. Команда LLNL уже переключила своё внимание на другую горячую (или, вернее, холодную) точку планеты — арктические облака. Их роль в глобальных атмосферных моделях также огромна, и понимание их механизмов — ключ к более точному прогнозированию климатических изменений.
Так что в следующий раз, когда увидите новости об извержении вулкана где-нибудь на другом конце света, вспомните: его пепел не просто осядет на землю. Высоко-высоко в небе он примет участие в удивительном танце, помогая рождаться ледяным кристаллам и рисуя на небесном холсте причудливые перистые облака. А учёные, вооружённые спутниками и своим любопытством, продолжат разгадывать эти небесные тайны, помогая нам лучше понять наш удивительный и сложный мир. И кто знает, какие ещё сюрпризы ждут их за следующим облаком?