Новое исследование показывает, что частицы природной пыли, переносимые ветром из отдалённых пустынь, могут вызывать замерзание облаков в Северном полушарии Земли. Этот тонкий механизм влияет на то, сколько солнечного света отражают облака и как они образуют дождь и снег, что имеет большое значение для прогнозирования климата. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Опираясь на данные спутниковых наблюдений за 35 лет, международная исследовательская группа под руководством Швейцарской высшей технической школы Цюриха обнаружила, что минеральная пыль — мельчайшие частицы, подхваченные ветром и поднятые в верхние слои атмосферы, — может вызывать замерзание капель воды в облаках. Этот процесс особенно важен в северных регионах, где облака часто образуются при температуре чуть ниже нуля.
«Мы обнаружили, что там, где больше пыли, облака с большей вероятностью будут замерзать сверху, — объясняет Диего Вильянуэва, научный сотрудник в области физики атмосферы и ведущий автор исследования. — Это напрямую влияет на то, сколько солнечного света отражается обратно в космос и сколько осадков выпадает».
Ученые сосредоточились на анализе смешанных облаков, которые содержат переохлаждённую воду и лёд и формируются при температуре от −39 °C до 0 °C. Такие облака распространены в средних и высоких широтах, особенно над Северной Атлантикой, Сибирью и Канадой. Известно, что они чрезвычайно чувствительны к изменениям окружающей среды, особенно к наличию частиц, способствующих образованию льда, которые в основном образуются из аэрозолей пустынной пыли.
Сопоставив частоту появления облаков с ледяными вершинами и уровень запылённости, исследователи обнаружили удивительно закономерную связь: чем больше пыли и чем холоднее, тем чаще встречаются ледяные облака. Более того, по мнению исследователей, эта закономерность почти полностью соответствует результатам лабораторных экспериментов, которые показали, как пыль способствует замерзанию капель.
«Это одно из первых исследований, которое показывает, что спутниковые измерения состава облаков соответствуют тому, что мы знаем из лабораторных работ», — говорит Ульрике Ломанн, старший соавтор исследования и профессор физики атмосферы.
Новые данные устанавливают измеримую связь между содержанием пыли в воздухе и частотой образования льда в верхних слоях облаков, что является важным ориентиром для улучшения климатических прогнозов. «Это помогает выявить один из самых неопределённых элементов климатической головоломки», — говорит Вильянуэва.
На протяжении десятилетий исследователи изучали замерзание капель на микроуровне. Эта работа впервые показывает, что образование облачного льда (или оледенение) происходит по тому же принципу, что и замерзание капель, но в гораздо большем масштабе. Это открытие расширяет сферу исследований атмосферы в данной области — от нанометровых структур на поверхности пыли, из которых формируются атмосферные кристаллы льда, до облачных систем километрового масштаба, в которых образование льда можно наблюдать из космоса.
Тем не менее связь между пылью и льдом проявляется неравномерно по всему земному шару. В пустынных регионах, таких как Сахара, облака образуются редко, а сильное движение более горячего воздуха может препятствовать процессу замерзания. Кроме того, в Южном полушарии роль пыли могут выполнять морские аэрозоли. Исследовательская группа подчёркивает необходимость дальнейших исследований, чтобы понять, как другие факторы, например сила восходящего потока или влажность воздуха, влияют на замерзание облаков. Однако на данный момент ясно одно: мельчайшие частицы пыли из далёких пустынь помогают формировать облака, а вместе с ними и климат.
