Физики описали рождение облачных капель

Физики из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) обнаружили новый механизм, который объясняет рождение капель в облаках и может влиять на построение современных климатических моделей Земли. Ученые также прояснили роль органических аэрозолей в этом процессе. Исследование авторов опубликовано в журнале Science.

Водяные капли образуются при конденсации пара на аэрозольных частицах в условиях низкого давления (на больших высотах). Конденсаты формируют капли или кристаллы льда, совокупности которых впоследствии образуют облака. Аэрозоли выступают центрами конденсации пара, а динамика процесса определяется силами поверхностного натяжения.

Физики провели эксперимент, по итогам которого создали модель, описывающую рождение капель в облаках атмосферы. Опыты ученых включали в себя условия, которые имеют место в воздушной оболочки Земли при формировании капель и облаков (аэрозольные частицы, холодный воздух и солнечный свет).

Физики определили область параметров, при которых начинается формирование капли, в частности, критическое значение количества водяного пара, необходимого для конденсации воды. Главный вывод ученых заключается в выяснении роли органических и неорганических аэрозолей в процессе формирования капель (в опыте — дикарбоновых кислот и сульфата аммония, соответственно).

Ученые показали, что формирование крупных каплей (отмечены красным цветом на рисунке) происходит, когда органические аэрозоли присутствуют на поверхности капли, а не растворяются внутри нее. В ходе экспериментов ученые наблюдали рождение каплей, которые оказались на 50-60 процентов крупнее предсказываемых стандартными моделями.

Размер капель влияет на их яркость: большое число мелких каплей сильнее отражает солнечный свет (и, следовательно, не дает Земле нагреться), чем такое же количество более крупных капель. В качестве органических аэрозолей выступают многие антропогенные соединения, в частности, продукты сжигания нефти. Исследование ученых необходимо для лучшего прогнозирования изменения климата на планете.