Извержения вулканов вызывают образование льда в облаках

Когда вулкан извергается, он может выбрасывать пепел высоко в атмосферу, внося аэрозоли прямо туда, где обычно образуются облака. То, как именно эти аэрозоли влияют на формирование облаков, долгое время было загадкой для ученых, изучающих атмосферу.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) проанализировали спутниковые данные за 10 лет, чтобы определить, что частицы вулканического пепла могут вызывать образование облаков, предоставляя поверхность для слипания льда.

«Наше исследование помогает закрыть существенный пробел в знаниях о том, влияют ли вулканические извержения на формирование облаков и каким образом», — сказал соавтор исследования Линь Линь. «Мы показываем, что частицы вулканического пепла могут вызывать образование ледяных облаков, выступая в качестве мест зарождения льда».

Облака отражают солнечный свет и удерживают тепло, и поскольку они покрывают около 70% поверхности Земли в любой момент времени, они играют важную роль в энергетическом балансе планеты. Для точных атмосферных моделей исследователи должны понимать облака и аэрозоли, которые на них влияют. Извержения вулканов предоставляют уникальную возможность в реальном мире наблюдать, как частицы влияют на свойства облаков.

Ученые изучили данные радаров и лидаров двух миссий NASA, CloudSat и CALIPSO. Используя несколько наборов данных и инструментов, они смогли собрать воедино связную картину.

После вулканических извержений, богатых пеплом, команда увидела четкие и последовательные изменения в спутниковых данных. Облака содержали меньше, но более крупные ледяные кристаллы, а перистые облака — высокие, тонкие облака, состоящие в основном из льда — встречались чаще. То же самое было не так с извержениями, бедными пеплом.

«В начале исследования мы ожидали, что облака, затронутые вулканическими извержениями, будут отличаться от естественных облаков, но не так, как мы в конечном итоге обнаружили», — сказал Линь. «Мы ожидали, что вулканические аэрозоли приведут к увеличению количества ледяных кристаллов в облаках. Но, к нашему удивлению, данные показали обратное».

Группа изначально выдвинула гипотезу, что лед будет образовываться путем спонтанной конденсации из очень холодных капель воды, процесс, называемый гомогенным зародышеобразованием. Вместо этого они увидели, что вода собирается на поверхности аэрозолей пепла в соответствии с противоположным механизмом, гетерогенным зародышеобразованием. После извержения пепла вода зацепилась за аэрозоли до того, как она достигла достаточно холодных условий, чтобы спонтанно замерзнуть.

«Результаты полностью перевернули наши первоначальные ожидания», — сказал Линь. «Отказ от первоначальной идеи и разработка нового объяснения на основе неожиданных результатов стали одновременно самой сложной и самой полезной частью процесса».

В ожидании следующего крупного извержения вулкана — а значит, и следующей возможности проверить и подтвердить свою работу — команда LLNL сосредоточилась на изучении арктических облаков и их роли в глобальных атмосферных моделях.