Спутники, парящие высоко над Землей, показали, как именно образуются тонкие облака, образующиеся из гигантских столбов пепла, выбрасываемых вверх при извержении вулкана. Новое исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Вулканы играют важную роль в циклах, управляющих климатом Земли. Когда активные вулканы извергаются, они выделяют газы, такие как углекислый газ и диоксид серы, которые могут иметь согревающий или охлаждающий эффект.
Вулканический пепел и пыль также выбрасываются высоко в атмосферу, выбрасывая аэрозоли туда, где обычно образуются облака.
Ученые уже давно задаются вопросом, как эти аэрозоли влияют на формирование облаков. В новом исследовании исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе (LLNL) пришли к выводу, что частицы вулканического пепла могут вызывать образование тонких перистых облаков высоко в атмосфере, предоставляя ядро, к которому могут прилипать частицы льда — процесс, известный как «зародышеобразование льда».
«Наше исследование помогает закрыть существенный пробел в знаниях о том, влияют ли вулканические извержения на формирование облаков и каким образом», — говорит ученый-атмосферник LLNL Лин Лин. «Мы показываем, что частицы вулканического пепла могут вызывать образование ледяных облаков, выступая в качестве мест зарождения льда.
Облака играют важную роль в регулировании климата и энергетического баланса Земли. Помимо того, что они покрывают около 70 процентов поверхности в любой момент времени, отражают солнечный свет и поглощают тепло, они также являются неотъемлемой частью круговорота воды на планете.
В связи с этим необходимо более глубокое понимание процессов образования облаков и воздействия аэрозолей.
Исследования Лин и ее команды основаны на 10-летних данных, полученных в ходе миссий NASA CloudSat и Cloud-Aerosol Lidar и Infrared Pathfinder Satellite (CALIPSO).
CloudSat исследует внутреннюю часть облаков, чтобы определить, как происходят тропические циклоны и изменения климата (связанные с облаками). CALIPSO отслеживает роль облаков и аэрозолей в регулировании погоды, климата и качества воздуха на Земле.
Из своих наблюдений Линь и коллеги отметили последовательные изменения свойств перистых облаков после трех вулканических извержений. Там, где происходили извержения, богатые пеплом, исследователи отметили, что эти высотные облака (в основном состоящие из льда) стали более частыми.
Хотя эти облака содержали значительно меньше ледяных кристаллов по сравнению с перистыми облаками в другие времена, кристаллы были больше. Ничего из этого не происходило с извержениями без пепла.
«В начале исследования мы ожидали, что облака, затронутые вулканическими извержениями, будут отличаться от естественных облаков, но не так, как мы в конечном итоге обнаружили», — говорит Линь. «Мы предполагали, что вулканические аэрозоли приведут к увеличению количества ледяных кристаллов в облаках. Но, к нашему удивлению, данные показали обратное».
Первоначально группа ожидала, что лед будет формироваться равномерно в процессе, в котором вода самопроизвольно конденсируется из очень холодных капель воды. Вместо этого они наблюдали, как вода собиралась на аэрозолях пепла до того, как они стали достаточно холодными, чтобы самопроизвольно замерзнуть, образуя более крупные куски льда.
«Результаты полностью перевернули наши первоначальные ожидания», — добавляет Лин. «Отказ от первоначальной идеи и разработка нового объяснения на основе неожиданных результатов стали одновременно самой сложной и самой полезной частью процесса».
С тех пор команда перешла к изучению арктических облаков и их роли в глобальных атмосферных моделях. Тем временем они ждут еще одного крупного извержения, которое позволит им подтвердить свои результаты.
