Почему на ледяном Севере идет столько снега?
Когда не видно признаков остановки снегопада, большинство из нас просто бормочет несколько своеобразных слов и выходит с лопатой на уборку снега. Ученые, однако, удивляются, откуда берется весь этот снег - в частности, в нетронутых местах, подобных Арктике. Рэймонд Шоу и его коллеги, возможно, нашли ответ – сообщает sciencedaily.com.
Вот в чем загадка: снег не просто материализуется из воздуха. Для образования этих нежных шестигранных кристаллов льда необходимо ядро – пылинка, за которую молекулы воды смогут цепляться и упорядочивать свою структуру по мере замерзания. Эти льдообразующие ядра относительно редки. Тем не менее, над Арктикой, где атмосфера очень чистая и океан покрыт льдом, снег иногда идет бесконечно. Когда миллиарды снежинок кристаллизуются вокруг пылинок и падают на землю, почему в облаках не исчерпываются ядра? И почему не перестает идти снег?
Тот же вопрос, пусть и в меньшей степени, относится к таким местам, как озеро Верхнее, где сырые облака роняют бесчисленные мегатонны снега на незадачливых жителей Миннесоты, Висконсина и Мичигана. «В течение нескольких часов атмосфера в основном очищается от всех этих частиц», говорит Шоу, физик Мичиганского технологического университета. «Так как же снег идет в течение нескольких дней подряд?».
Чтобы ответить на этот вопрос, Шоу и его коллеги, в том числе аспирант Фань Ян, приступили к разработке модели для описания того, как кристаллы льда образуются, растут и падают, и обосновали ее при помощи данных об арктических облаках, которые очень хорошо изучены. Они надеялись, что выяснив, как появляется снег, сумеют подобрать ключ к этой загадке.
Обнаруженное удивило ученых. По мере того, как число снежных кристаллов увеличивается, их масса резко растет - в 2,5 раза. «Нашей первой догадкой было, что если утроить число кристаллов, получится тройная масса», говорит Шоу. «Оказалось, что связь гораздо более сильная». Например, если вы утроите число кристаллов, масса возрастет в 16 раз. Проще говоря, чем больше кристаллов имеется, тем они крупнее.
Модель исследователей опирается на ту идею, что кристаллы льда образуются на атмосферных частицах, которые ранее считались непригодными для создания ледяных кристаллов. «Нашим ключевым допущением было то, что существуют скрытые источники ледяных ядер, которые всегда наличествуют, но просто обладают очень, очень низкой эффективностью», объясняет Шоу. «Консенсусом в научном обществе стало то, что необходимы специальные частицы пыли, чтобы катализировать лед. Мы подумали: «А что, если появляется больше материала для производства льда, если просто подождать достаточно долго? Может быть, при контакте с каплей воды замерзание происходит не сразу. Но если выждать час или два, оно состоится. Наша модель предполагает, что атмосфера полна таких действительно неэффективных ядер».
Эти неэффективные ядра и обеспечивают появление больших кристаллов, которые образуются во время сильных снегопадов. «Масса ледяного кристалла связана с временем его роста», говорит Шоу. «Чем дольше он находится в облаке, тем большим будет». Так что, когда имеется восходящий поток, удерживающий кристаллы от падения, снежинки, которые формируются на обычных частицах, получаются все большими и большими. За это время, еще много снежинок имеют шанс сформироваться на слабых ядрах.
В конце концов, все кристаллы снега становятся слишком тяжелыми для поддерживающего их восходящего потока, и они падают на землю. К тому времени они огромны и многочисленны. И так получается не только в модели Шоу – это соответствует данным, собранным из арктических облаков.
Пока неизвестно, что это за слабые ядра или откуда они берутся. Но ученые в команде Шоу достаточно уверены в их существовании, чтобы искать их в лабораторных экспериментах.
«Предполагая, что они есть, мы получили этот математический прогноз, который соответствует экспериментальным данным», говорит Шоу. «Таким образом, имеются косвенные свидетельства существования этих неэффективных ядер. Это может быть разгадкой тайны снега».