Исследование: пыль из пустынь влияет на образование льда в облаках

Ветер переносит частицы пыли из пустыни Сахара на большие расстояния, способствуя образованию ледяных облаков. Автор: Диего Вильенауэс Ортис / ETH Zurich

Новое исследование показывает, что природные частицы пыли, переносимые из далеких пустынь, могут вызывать замерзание облаков в Северном полушарии Земли. Этот тонкий механизм влияет на то, сколько солнечного света отражают облака и как они производят дождь и снег — с серьезными последствиями для климатических прогнозов.

Исследование опубликовано в журнале Science.

На основе 35 лет спутниковых наблюдений международная исследовательская группа под руководством ETH Zurich обнаружила, что минеральная пыль — крошечные частицы, поднятые ветром и перенесенные в верхние слои атмосферы — может запускать процесс замерзания капель в облаках. Этот процесс особенно важен в северных регионах, где облака часто формируются в температурном диапазоне чуть ниже нуля.

«Мы обнаружили, что там, где больше пыли, облака гораздо чаще замерзают в верхней части», — объясняет Диего Вильенауэс, постдокторант кафедры атмосферной физики ETH Zurich и ведущий автор исследования. «Это напрямую влияет на количество солнечного света, отражаемого обратно в космос, и на количество осадков».

Пыль превращает облака в лед

Исследователи сосредоточились на смешанных облаках, которые содержат как переохлажденную воду, так и лед, формируясь при температуре от −39 °C до нуля. 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 присутствию частиц, инициирующих образование льда, которые в основном происходят из пылевых аэрозолей пустынь.

Сравнивая частоту появления ледяных облаков с уровнем пыли, исследователи наблюдали удивительно последовательную закономерность: чем больше пыли и чем холоднее облака, тем чаще встречаются ледяные облака. Более того, по словам ученых, эта закономерность почти идеально совпала с тем, что предсказывали лабораторные эксперименты о том, как пыль запускает замерзание капель.

«Это одно из первых исследований, показывающих, что спутниковые измерения состава облаков соответствуют тому, что мы знали из лабораторных работ», — говорит Ульрике Ломанн, старший соавтор и профессор атмосферной физики ETH Zurich.

Новый ориентир для климатических моделей

То, как замерзают облака, напрямую влияет на количество солнечного света, которое они отражают обратно в космос, и на количество воды, выделяемой в виде осадков. Эти факторы жизненно важны для климатических моделей, но до сих пор многим из них не хватало надежной точки отсчета для понимания реального механизма замерзания облаков в глобальном масштабе.

Новые результаты устанавливают измеримую связь между переносимой по воздуху пылью и частотой образования льда в верхних слоях облаков, предоставляя критически важный ориентир для улучшения климатических прогнозов. «Это помогает определить один из самых неопределенных элементов климатической головоломки», — говорит Вильенауэс.

Сложная картина — с четким сигналом

Десятилетиями ученые-атмосферники изучали замерзание капель на микроуровне. Это исследование впервые показывает, что образование льда в облаках (или оледенение) следует тем же закономерностям, что и замерзание капель — но в гораздо большем масштабе.

Это открытие расширяет область атмосферных исследований в этой сфере — от нанометровых структур поверхности пыли, формирующих ледяные кристаллы в атмосфере, до километровых облачных систем, где образование льда можно наблюдать из космоса.

Тем не менее, связь между пылью и льдом проявляется неодинаково по всему земному шару. В пустынных регионах, таких как Сахара, облака формируются редко, а сильное движение горячего воздуха может подавлять процесс замерзания.

Кроме того, в Южном полушарии роль пыли могут брать на себя морские аэрозоли. Исследовательская группа подчеркивает необходимость дальнейших исследований, чтобы лучше понять, как другие факторы, например, сила восходящих потоков или влажность атмосферы, влияют на замерзание облаков.

Пока же ясно одно: крошечные частицы пыли из далеких пустынь помогают формировать облака над нашими головами — а вместе с ними и будущее нашего климата.

Дополнительная информация: D. Villanueva, Dust-driven droplet freezing explains cloud top phase in the northern extratropics, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adt5354. www.science.org/doi/10.1126/science.adt5354

Источник: ETH Zurich