Ледяное ядро

Механизмы зарождения льда описывают четыре режима, которые ответственны за образование первичных кристаллов льда в атмосфере. ^{[ нужны разъяснения ]}

Ядро льда , также известное как зародышеобразующая частица льда ( INP ), представляет собой частицу, которая действует как ядро ​​для образования кристаллов льда в атмосфере .

Механизмы зарождения льда

Существует ряд механизмов зарождения льда в атмосфере, посредством которых ядра льда могут катализировать образование частиц льда. В верхних слоях тропосферы водяной пар может оседать непосредственно на твердых частицах. В облаках с температурой выше -37 °C, где жидкая вода может сохраняться в переохлажденном состоянии, ядра льда могут вызвать замерзание капель. ^[1]

Контактное зарождение может произойти, если ядро ​​льда сталкивается с переохлажденной каплей, но более важный механизм замерзания заключается в том, что ядро ​​льда погружается в переохлажденную каплю воды, а затем вызывает замерзание.

В отсутствие частиц, образующих зародыши льда, капли чистой воды могут сохраняться в переохлажденном состоянии до температур, приближающихся к -37 ° C, где они замерзают гомогенно. ^{[2] [3] [4]}

Согласно Web of Science, ключевое слово «зародышеобразование льда», которое появлялось в категориях Met Atm Sci и Env Sci до декабря 2021 года, было построено на основе количества опубликованных статей.

Рост количества статей с ключевым словом Ice Nucleation

Существует несколько исследовательских групп, которые изучают свойства атмосферных аэрозолей зародышеобразования льда (например, см. исследовательскую статью FIN-02 ДеМотта и др., 2018 г. или исследование по взаимному сравнению измерений FIN-02 INP ^[5] ). Возможность исследования нуклеации льда также доступна по телефону пользователя в EMSL, PNNL. ^[6]

Динамика облаков

Частицы льда могут оказывать существенное влияние на динамику облаков . Известно, что они играют важную роль в процессах, посредством которых облака могут электризоваться, что приводит к возникновению молний . Известно также, что они способны образовывать семена для капель дождя . Стало ясно, что концентрация частиц, образующих зародыши льда, в неглубоких облаках является ключевым фактором обратной связи между облаками и климатом. ^{[7] [8]}

Атмосферные твердые частицы

В качестве ядер льда могут выступать многие различные типы атмосферных твердых частиц , как природных, так и антропогенных, в том числе состоящие из пустынной пыли, сажи, органических веществ, бактерий (например, Pseudomonas syringae ), пыльцы, спор грибов и вулканического пепла. ^{[1] [9]} Однако точный потенциал нуклеации каждого типа сильно варьируется в зависимости от точных атмосферных условий. Очень мало известно о пространственном распределении этих частиц, их общей значимости для глобального климата посредством образования ледяных облаков, а также о том, сыграла ли человеческая деятельность важную роль в изменении этих эффектов.

Смотрите также

• Процесс Бержерона
• Ядра конденсации облаков
• Нуклеация
• Снег
• Переохлаждение

Рекомендации

1. Мюррей; и другие. (2012). «Зарождение льда частицами, погруженными в переохлажденные облачные капли». Chem Soc Rev. 41 (19): 6519–6554. дои : 10.1039/c2cs35200a . ПМИД  22932664.
2. Кулкарни Г (2014). «Зарождение льда голых и покрытых серной кислотой частиц минеральной пыли и влияние на свойства облаков». Журнал геофизических исследований . 119 (16): 9993–10011. Бибкод : 2014JGRD..119.9993K. дои : 10.1002/2014JD021567 . S2CID  133885221.
3. Куп, Т. (25 марта 2004 г.). «Гомогенное зародышеобразование льда в воде и водных растворах». Zeitschrift für Physikalische Chemie . 218 (11): 1231–1258. дои :10.1524/зпч.218.11.1231.50812. S2CID  46915879. Архивировано из оригинала 11 августа 2012 г. Проверено 7 апреля 2008 г.
4. Мюррей Б. (2010). «Гомогенное зародышеобразование льда в воде и водных растворах». Физическая химия Химическая физика . 12 (35): 10380–10387. Бибкод : 2010PCCP...1210380M. дои : 10.1039/c003297b. ПМИД  20577704.
5. ДеМотт, Пол Дж. (19 ноября 2018 г.). «Пятый международный семинар по нуклеации льда, фаза 2 (FIN-02): лабораторное взаимное сравнение измерений нуклеации льда». Методы измерения атмосферы . 11 (11). Коперник ГмбХ: 6231–6257. Бибкод : 2018AMT....11.6231D. дои : 10.5194/amt-11-6231-2018 . ISSN  1867-8548.
6. «Лаборатория молекулярных наук об окружающей среде: Помещение для пользователей Управления науки Министерства энергетики» . Лаборатория молекулярных наук об окружающей среде . Проверено 13 июля 2023 г.
7. Мюррей, Бенджамин Дж.; Карслоу, Кеннет С.; Филд, Пол Р. (21 августа 2020 г.). «Мнение: климатическая обратная связь по фазе облаков и важность частиц, образующих лед». дои : 10.5194/acp-2020-852 . {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
8. Вергара-Темпрадо, Хесус; Милтенбергер, Аннетт К.; Фуртадо, Калли; Гросвенор, Дэниел П.; Шипвей, Бен Дж.; Хилл, Адриан А.; Уилкинсон, Джонатан М.; Филд, Пол Р.; Мюррей, Бенджамин Дж.; Карслоу, Кен С. (13 марта 2018 г.). «Строгий контроль отражательной способности облаков Южного океана с помощью зародышеобразующих лед частиц». Труды Национальной академии наук . 115 (11): 2687–2692. Бибкод : 2018PNAS..115.2687V. дои : 10.1073/pnas.1721627115 . ПМЦ 5856555 . ПМИД  29490918. 
9. Кристнер, Британская Колумбия, Моррис CE, Форман CM, Кай Р., Сэндс, округ Колумбия (2008). «Повсеместное распространение биологических зародышей льда в снегопадах». Наука . 319 (5867): 1214. Бибкод : 2008Sci...319.1214C. CiteSeerX 10.1.1.395.4918 . дои : 10.1126/science.1149757. PMID  18309078. S2CID  39398426.