Введение

Мелкие частицы, на которых конденсируется водяной пар. Ядра конденсации облаков (CCN), также известные как семена облаков, – это мелкие частицы, обычно 0,2 мкм, или одна сотая часть размера облачной капли. CCN представляют собой уникальную подгруппу аэрозолей в атмосфере, на которой конденсируется водяной пар. Это может влиять на радиационные свойства облаков и атмосферы в целом. Водяному пару необходима не газообразная поверхность для перехода в жидкое состояние; этот процесс называется конденсацией. В атмосфере Земли эта поверхность представлена в виде крошечных твердых или жидких частиц, называемых CCN. При отсутствии CCN водяной пар может переохлаждаться в течение примерно 5–6 часов, прежде чем капли образуются спонтанно. Это лежит в основе работы облачной камеры для обнаружения субатомных частиц. Концепция CCN используется в облачном засеве, который направлен на стимулирование осадков путем распыления в воздухе ядер конденсации. Также было предложено, что создание таких ядер может быть использовано для осветления морских облаков – метода геоинженерии. Некоторые природные явления, такие как предложенные в гипотезе CLAW, также возникают в результате взаимодействия между естественным образованием CCN и формированием облаков.

Размер

Типичная капля дождя имеет диаметр около 2 мм, типичная облачная капля – порядка 0,02 мм, а типичное ядро конденсации облака (аэрозоль) – порядка 0,0001 мм или 0,1 мкм и более в диаметре. Это влияет на продолжительность жизни, а также на радиационные свойства облаков и их продолжительность жизни. В конечном итоге, это оказывает влияние на изменение климата. Также существует предположение, что вариации солнечной активности могут влиять на свойства облаков через ядра конденсации облака (ЯКО) и, следовательно, на климат.

Измерения в воздухе

Измерения этих отдельных смешанных аэрозолей, способных формировать облачные капли (CCN) на площадке SGP, проводились с использованием исследовательского самолета. Исследование CCN, выполненное Kulkarni et al. (2023), описывает сложность моделирования концентраций CCN.

Сев облаков

Сеяние облаков – это процесс добавления в атмосферу небольших частиц для стимулирования образования облаков и выпадения осадков. Это достигается путем рассеивания солей с использованием авиационных или наземных методов. Исследуются и другие способы, такие как использование лазерных импульсов для возбуждения молекул в атмосфере, а недавно, в 2021 году, – излучение электрического заряда с помощью дронов. Эффективность этих методов непостоянна. Многие исследования не выявили статистически значимой разницы в количестве осадков, в то время как другие – выявили. Сеяние облаков может происходить и естественным путем, например, в результате лесных пожаров, которые выбрасывают в атмосферу мелкие частицы, способные служить ядрами конденсации.

Морская облачная подсветка

Морское осветление облаков — это технология геоинженерии, включающая в себя распыление мельчайших частиц в облака для увеличения их отражательной способности, или альбедо. Цель данной технологии — регулировать количество солнечного света, достигающего поверхности океана, с надеждой на снижение температуры поверхности за счет изменения радиационного баланса. Многие методы подразумевают создание мельчайших капель морской воды для доставки частиц морской соли в находящиеся над ними облака. Возможные осложнения связаны с реакцией активного хлора и брома, содержащихся в морской соли, с существующими молекулами в атмосфере. Показано, что они приводят к уменьшению концентрации озона в атмосфере; тот же эффект снижает содержание гидроксила, что, в свою очередь, увеличивает время жизни метана, являющегося парниковым газом.

Связь с фитопланктоном и климатом

В статье 1987 года, опубликованной в журнале Nature, было установлено, что глобальный климат может находиться в петле обратной связи из-за взаимосвязи между концентрацией ядер конденсации облаков (CCN), температурным регулированием, осуществляемым облаками, и океаническим фитопланктоном. С тех пор это явление получило название гипотезы CLAW, по имени авторов оригинального исследования. Распространенным типом CCN над океанами являются сульфатные аэрозоли. Эти аэрозоли образуются из диметилсульфида (DMS), выделяемого водорослями в морской воде. Это подавляет рост фитопланктона, что приводит к сокращению их популяции и уменьшению количества производимых ими сульфатных CCN с повышением температуры. Такое взаимодействие снижает альбедо облаков за счет уменьшения образования облаков, индуцированного CCN, и увеличивает количество солнечного излучения, достигающего поверхности океана, что приводит к положительной обратной связи. Увеличение числа аэрозольных частиц посредством процессов преобразования газа в частицы позволяет выбросам вулканов влиять на концентрацию потенциальных ядер конденсации облаков (CCN) и ядер кристаллизации льда (INP), что, в свою очередь, влияет на свойства облаков и вызывает изменения местного или регионального климата. Среди этих газов диоксид серы, диоксид углерода и водяной пар наиболее часто встречаются при вулканических извержениях. В то время как водяной пар и диоксид углерода в виде CCN присутствуют в атмосфере в изобилии, увеличение концентрации CCN диоксида серы может оказать влияние на климат, вызывая глобальное похолодание. Ежегодно вулканы выбрасывают около 9,2 Тг диоксида серы. Этот диоксид серы преобразуется в серную кислоту, которая быстро конденсируется в стратосфере, образуя мелкие сульфатные аэрозоли. Нижняя атмосфера Земли, или тропосфера, охлаждается в результате повышенной способности аэрозолей отражать солнечное излучение обратно в космос.