Весенний лед, увиденный впервые, может объяснить, как облака вызывают дождь

Через несколько мгновений после замерзания переохлажденной воды рождается странный вид родникового льда. Этот процесс, который исследователи впервые увидели только сейчас, может помочь объяснить, как облака, содержащие миллионы капель переохлажденной воды, вызывают дождь и влияют на климат Земли.

Облака состоят из множества мельчайших капель воды при температурах ниже точки замерзания. Они могут существовать в виде жидкости до тех пор, пока в них не проникнет частица льда, которая запускает сложную и плохо изученную последовательность состояний замерзания. Продолжительность и частота этих различных состояний имеют решающее значение для моделей, моделирующих, как определенные облака вызывают дождь и отражают свет в атмосфере, но они происходят так быстро, что их трудно изучать.

Сейчас, Клаудио Стэн из Университета Рутгерса в Ньюарке в Нью-Джерси и его коллеги обнаружили своего рода лед, который образуется внутри переохлажденных капель воды, которые одновременно сжимаются и растягиваются в разных точках, как пружина в движении, через микросекунды после того, как она впервые замерзла. «Это определенно было для нас неожиданностью, — говорит Стэн. «Нам потребовалось некоторое время, чтобы понять».

Чтобы запечатлеть этот лед и общий процесс замораживания, Стэн и его команда сбросили поток капель воды через вакуум, который охладил их примерно до -39°C (-38°F). Затем они использовали как микроскоп, так и рентгеновские лучи, чтобы получить изображение десятков тысяч этих капель. Хотя у них было только одно изображение для каждой капли на определенной стадии замораживания, они могли наметить весь процесс, просматривая множество, что немного напоминало просмотр анимации в флипбуке.

Исследователи обнаружили, что каждая капля превращается в шар слякоти с сетью льда, пронизывающей жидкую воду, прежде чем полностью замерзнуть снаружи внутрь. Это увеличивает внутреннее давление до тех пор, пока капля либо не разобьется, либо не выпустит воду, что приводит к образованию частиц льда, которые могут заморозить другие капли. Это, в сочетании с типом образовавшегося льда, может лучше объяснить, как и когда эти капли образуют лед в облаках, который превращается в дождь, хотя лабораторная среда слишком отличается для прямого применения результатов, говорит Стэн.

Обнаружение этого напряженного льда не соответствует нашему нынешнему пониманию на молекулярном уровне. Стивен Кокс в Кембриджском университете. «Попытка понять молекулярные механизмы образования льда важна во многих областях, от климатологии до пищевых технологий. Это исследование показывает, что нам еще предстоит пройти долгий путь, и я ожидаю, что оно будет стимулировать множество новых исследований в этой области».

Темы: