Новое исследование показывает, ветром переносимые из удалённых пустынь частицы природной пыли способны вызывать замерзание облаков в Северном полушарии. Этот несложный процесс влияет на то, как облака отражают солнечный свет и как формируются осадки в виде дождя и снега, что крайне важно для климатического прогнозирования. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Анализ спутниковых данных за 35 лет, проведенный международной исследовательской группой под руководством Швейцарской высшей технической школы Цюриха, показал, что минеральная пыль – это микроскопические частицы, поднимаемые ветром в верхние слои атмосферы, способна вызывать замерзание водяных капель в облаках. В северных регионах, где облака часто формируются при температурах, близких к нулю, этот механизм имеет особое значение.
«По словам Диего Вильянуэва, научного сотрудника, занимающегося физикой атмосферы и являющегося ведущим автором исследования, в местах с повышенным содержанием пыли облака с большей вероятностью образуют наледь на своей верхней поверхности. Этот процесс оказывает непосредственное влияние на количество солнечного света, отражаемого обратно в космос, и на объем выпавших осадков».
Исследователи провели анализ смешанных облаков, характеризующихся наличием переохлаждённой воды и льда, формирующихся при температурах от −39 °C до 0 °C. Эти облака широко распространены в средних и высоких широтах, в особенности над Северной Атлантикой, Сибирью и Канадой. Обнаружено, что они обладают высокой чувствительностью к изменениям в окружающей среде, в частности, к наличию частиц, способствующих образованию льда, которые преимущественно происходят из аэрозолей пустынной пыли.
Проанализировав частоту облаков над ледяными вершинами и уровень запылённости, учёные выявили чёткую взаимосвязь: ледяные облака чаще наблюдаются при высокой концентрации пыли и низких температурах. Эта закономерность, по мнению исследователей, в значительной степени подтверждается лабораторными исследованиями, демонстрирующими влияние пыли на процесс замерзания капель.
«По словам Ульрике Ломанн, старшего соавтора исследования и профессора физики атмосферы, данная работа является одним из первых исследований, демонстрирующих соответствие между спутниковыми данными о составе облаков и результатами лабораторных экспериментов.
Полученные данные демонстрируют наличие четкой взаимосвязи между концентрацией пыли в атмосфере и частотой формирования ледяных кристаллов в верхних облаках, что может существенно повысить точность климатических прогнозов. «Это позволяет лучше понять один из наиболее неясных аспектов климатической системы», — отмечает Вильянуэва.
Десятилетиями исследователи изучают процесс замерзания капель на микроуровне. Новое исследование впервые демонстрирует, что формирование облачного льда, или оледенение, следует той же закономерности, что и замерзание капель, но в значительно больших масштабах. Это открытие расширяет область исследований атмосферы, охватывая как нанометровые структуры на поверхности пыли, из которых формируются атмосферные кристаллы льда, так и облачные системы километрового размера, образование льда в которых можно наблюдать из космоса.
Несмотря на это, взаимосвязь между пылью и льдом распределена по поверхности Земли неоднородно. В засушливых областях, например, в Сахаре, облакообразование происходит нечасто, а интенсивное движение тёплого воздуха может затруднять процесс замерзания. Помимо этого, в Южном полушарии в роли пылевых частиц могут выступать морские аэрозоли. Учёные отмечают важность проведения дополнительных исследований для выяснения того, как другие факторы, такие как интенсивность восходящих потоков или содержание влаги в воздухе, воздействуют на образование ледяных кристаллов в облаках. Однако на текущий момент установлено, что микроскопические частицы пыли, переносимые из удалённых пустынь, способствуют формированию облаков и, как следствие, влияют на климат.
[Фото: Diego Villenueva Ortiz / ETH Zurich]