740
Слідові гази — речовини, які становлять лише мізерну частку атмосфери, — здатні помітно впливати на те, як утворюються краплі в хмарах. На це вказують результати спостережень, виконаних під час експерименту Eastern Pacific Cloud Aerosol Precipitation Experiment (EPCAPE) на горі Маунт-Соледад у Ла-Хойя, Каліфорнія, що проводився в межах програми Atmospheric Radiation Measurement Міністерства енергетики США.
Стабільна хмарна крапля формується, коли достатньо молекул води «прилипає» до частинки в повітрі — так званого ядра конденсації хмар. Момент, коли частинка аерозолю переходить у краплю, описують через показник, що зветься критичною пересиченістю: це ступінь пересичення пари води, за якого аерозоль стає краплею. У цьому дослідженні вперше в польових умовах розглянули, як на цей процес впливають напівлеткі слідові гази, які можуть перебувати як у газовій фазі, так і в конденсованому стані (у рідких чи твердих частинках).
Як гази змінюють появу крапель
Дослідники порівняли розміри частинок, за яких вони досягали критичної пересиченості й утворювали краплі, у двох випадках: з наявними слідовими газами та після їх видалення. З’ясувалося, що без цих газів краплям потрібно більше молекул води для формування, коли аерозолі вже зволожені, тобто за вищої відносної вологості.
Одна з можливих причин полягає в тому, що система втрачає частину напівлетких слідових газів унаслідок випаровування з частинки. Коли ж дослідники починали з вищих концентрацій таких газів і потім їх вилучали, краплі, навпаки, могли утворюватися за меншої кількості молекул води.
Цей ефект, за версією авторів, може бути пов’язаний з тим, що слідові гази спершу адсорбуються на поверхні частинок і змінюють взаємодію між їхньою поверхнею та молекулами води. Тобто важливу роль відіграють не лише об’ємний склад частинки, а й процеси на її поверхні.
Вимірювання гігроскопічності та роль κ-параметра
У межах експерименту EPCAPE команда вивчала, як видалення газів впливає на розмірно-залежну активність ядер конденсації хмар. Для цього визначали гігроскопічність частинок — їхню здатність притягувати та утримувати воду. Цю властивість описували за допомогою гігроскопічного параметра κ.
Вимірювання проводили в умовах наявності та відсутності спеціального пристрою — денудера, який видаляв з газової фази леткі органічні сполуки з кількістю атомів карбону менше ніж 10. Порівняння значень κ із денудером та без нього показало, що гігроскопічність може як зростати, так і зменшуватися.
Такий двонаправлений ефект свідчить: активність ядер конденсації хмар може змінюватися як через випаровування речовин (волатилізацію), так і через їхнє прилипання до поверхні частинок (адсорбцію), або ж поєднання цих процесів. Діапазон виявлених змін κ виявився несподівано великим порівняно з іншими чинниками, які змінюють цей параметр в атмосфері.
Відповідно такі зрушення κ можуть призводити до суттєвих відмінностей у розрахованих концентраціях хмарних крапель. Це важливо, адже кількість крапель впливає на яскравість хмар, їхню здатність відбивати сонячне світло та на характеристики опадів.
Невизначеності та наслідки для кліматичних моделей
Результати вказують, що науковці поки що не повністю розуміють фундаментальний механізм утворення хмарних крапель за наявності напівлетких слідових газів. Уточнення цього механізму є ключовим для покращення комп’ютерних моделей, які прогнозують утворення хмар і розподіл опадів у просторі й часі, а також їхню інтенсивність.
Робота має й практичні наслідки для методики атмосферних досліджень. Автори звертають увагу, що звичний підхід — висушувати атмосферні частинки, щоб точніше виміряти їхній склад, — може суттєво змінювати вміст деяких напівлетких компонентів. Якщо це так, така підготовка зразків впливатиме на точність оцінок того, як аерозолі взаємодіють із хмарами.
Водночас дослідження не розглядало, які саме концентрації та просторовий розподіл цих слідових газів спостерігаються у глобальному масштабі. Від цього значною мірою залежатиме їхній реальний вплив на ядра конденсації та кількість хмарних крапель у різних регіонах. Це питання, як зазначають автори, залишається відкритим для майбутніх робіт.
Слідові гази змінюють утворення крапель у хмарах з’явилася спочатку на Цікавості.
