Крошечные взвешенные в воздухе частицы, известные как аэрозоли, способствуют образованию грозовых облаков и влияют на погоду в целом гораздо больше, чем считалось ранее. Результаты нового исследования, подтверждающего данный факт, были опубликованы 26 января в журнале Science.
Аэрозоли попадают в атмосферу как результат промышленного загрязнения, лесных пожаров и из ряда других источников. Ученые и ранее заявляли, что аэрозоли могут влиять на погоду и климат. Однако новое исследование доказывает, что частицы наименьшего размера оказывают максимально негативный эффект: частицы размером менее одной тысячной человеческого волоса могут усилить шторм, способны нагнетать грозовые облака и спровоцировать выпадение большего количества осадков.
Сооружение, проводившее измерения в Манаусе. © US Department of Energy ARM Climate Research Facility
Ранее считалось, что аэрозоли слишком малы, чтобы оказать какое-либо существенное влияние на образование капель, но, по сути, они оказались миниатюрными ливнеобразователями.
«Мы показали, что присутствие этих частиц является одной из причин, по которой некоторые штормы становятся настолько сильными и производят такое большое количество осадков», — рассказал ведущий автор статьи Дживень Фэн (Jiwen Fan) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США. В рамках нового исследования под его руководством работал 21 ученый из 15 научных учреждений по всему миру.
Выводы ученых основаны главным образом на уникальных данных, полученных в ходе исследовательской кампании GoAmazon, в рамках которой в течение 2014-2015 годов проводились наземные и воздушные климатические измерения в районе Амазонки, в частности, в районе Манауса, крупнейшего города Амазонии с населением более 2 миллионов человек. Местные условия дали ученым редкую возможность взглянуть на воздействие аэрозольного загрязнения на атмосферные процессы в фактически доиндустриальной среде и точно определить влияние частиц, без учета других факторов, таких как температура и влажность.
Внимание авторов данного исследования было приковано к сверхмалым частицам, размер которых не превышает 50 нанометров, и их влиянию на образование грозовых облаков. Известно, что аналогичные частицы, но более крупных размеров, играют роль в насыщении влагой мощных, быстро движущихся восходящих потоков воздуха от поверхности земли, что приводит к образованию облаков, которые играют центральную роль в образовании капель воды, которые затем проливаются на землю в виде дождя.
Меньшие аэрозольные частицы в предыдущих исследованиях не учитывались и считались малозначимыми в данных процессах. Однако новое исследование показало, что такой подход был ошибочен. Наоборот, оказалось, что микрочастицы могут активизировать процесс облакообразования намного сильнее, чем более крупные частицы.
Благодаря детальному компьютерному моделированию ученые наглядно продемонстрировали, что мелкие частицы оказывают мощное влияние на грозовые облака. Оказывается, что когда более крупные частицы отсутствуют в теплой и влажной среде, это дает возможность активироваться более мелким частицам. Низкая концентрация крупных частиц способствует накоплению избыточного водяного пара, при этом относительная влажность может превышать 100 процентов. Это ключевое условие преобразования мелких аэрозольных частиц в облачные капли.
Хотя частицы небольшие по размеру, они накапливаются в большом количестве и могут образовывать много мелких капелек, на которых конденсируется избыток водяного пара. Такая повышенная конденсация высвобождает больше тепла, и это тепло делает восходящие потоки намного более мощными: более теплый воздух втягивается в облака, образуется больше капель, ледяных и снежных гранул, молний и дождя.
«Мы показали, что в чистых и влажных условиях, которые существуют над океаном и в некоторых районах на суше в тропиках, крошечные аэрозоли оказывают большое влияние на погоду и климат и могут усилить штормы», — отметил Дживень Фэн.