Mikroskopijne cząsteczki zmieniają wszystko.
Od lat debatujemy nad wpływem aerozoli na tropikalne chmury burzowe. Czy naprawdę mogą poprawić głęboką konwekcję? To nie jest dyskusja teoretyczna. Głębokie chmury konwekcyjne decydują o ilości opadów, częstotliwości wyładowań atmosferycznych, a nawet ogólnie o klimacie. Jeśli pył, który wyrzucamy do atmosfery, zmieni zachowanie tych gigantów, konsekwencje wykraczają daleko poza samo zjawisko.
Wiodąca teoria ma uciążliwą nazwę: zwiększona konwekcja przez aerozole w wyniku kondensacji. Brzmi skomplikowanie, ale mechanizm jest prosty.
Potrzebujesz powietrza, które zawiera więcej pary, niż jest w stanie pomieścić. Stan ten nazywany jest przesyceniem. W takich warunkach dodatkowe aerozole tworzą rój nowych kropelek. Krople te szybko się kondensują. Kondensacja uwalnia ciepło. Ciepło to zwiększa prądy wstępujące. Burza zaczyna się sama sobą karmić.
Oto sedno. Poprzednie loty badawcze nigdy nie wykazały tak wysokiego przesycenia. Spójrz w złym miejscu. Szukali go tam, gdzie go nie było. Zanieczyszczone niebo, płytkie, ciepłe chmury, obszary, w których opady zabijają kropelki, zanim zdążą urosnąć. Brak dowodów uznawano za dowód nieobecności. Błąd.
Znajdowanie ukrytej zmiennej
Nowy wygląd zmienił zasady gry.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Advances in Atmospheric Sciences zespół wykorzystał dane z eksperymentu NASA przeprowadzonego w 2019 roku na Filipinach. Naukowcy z Chin, USA i Izraela badali czystą fizykę procesu. Obliczyli quasi-stacjonarne przesycenie na podstawie prędkości prądów wstępujących i rozmiarów kropel. Prosta matematyka równoważąca produkcję i zużycie pary.
Wyniki były wybuchowe.
Chmury tropikalne osiągnęły poziom przesycenia znacznie przekraczający jakiekolwiek wcześniej zarejestrowane wartości. W temperaturach około minus pięciu stopni Celsjusza przesycenie osiągało około 10%. Prądy wstępujące były silne, przejrzyste i składały się głównie z przechłodzonej wody. W niższych temperaturach obliczone wartości były jeszcze wyższe, chociaż obecność lodu sprawiła, że obraz był mniej wyraźny.
To nie jest odosobniona obserwacja. Badanie towarzyszące kampanii ESCPE w Teksasie i Luizjanie wykazało te same wyniki. Wartości ekstremalne sięgały 11% w rzadkich, głębokich prądach wstępujących.
„Aby zobaczyć ten mechanizm w działaniu… trzeba spojrzeć na głębokie, czyste chmury nad oceanem.”
– Daniela Rosenfelda
Sygnały były najsilniejsze w przypadku silnych prądów wstępujących z bardzo małą liczbą kropel. To logiczne. Więcej kropelek oznacza większą całkowitą powierzchnię absorpcji pary, co utrzymuje niski poziom nasycenia. Mniej kropelek oznacza mniejszą konkurencję, co pozwala na gwałtowny wzrost przesycenia. To jest paliwo, którego potrzebuje ten mechanizm.
Brakujący element
Czy to dowodzi, że aerozole intensyfikują te konkretne burze? Nie. Przynajmniej na razie.
Ale to dowodzi istnienia warunków. Scena jest gotowa. Jeśli wprowadzisz najdrobniejsze cząstki do tej konkretnej warstwy wysoce przesyconego powietrza, wynik zadecyduje o fizyce. Więcej jąder kondensacji. Więcej ciepła. Silniejsze prądy wznoszące.
Poprzedni odkrywcy łowili ryby w złym stawie. Zanieczyszczone lub płytkie chmury nigdy nie tworzą niezbędnego środowiska o wysokim przesyceniu. Szukali ognia w próżni.
Konsekwencja jest subtelna, ale ma ciężkie znaczenie. Być może nie doceniliśmy wpływu działalności człowieka na cykle pogody tropikalnej po prostu dlatego, że nie wiedzieliśmy, gdzie szukać.
Co się stanie, gdy zaczniemy patrzeć poprawnie?
Plany na kolejne loty są jasne. Porównaj czyste chmury z zanieczyszczonymi. Celuj w najsilniejsze prądy wstępujące. Oddziel dynamikę płynów i „szum” od lodu.
Cel pozostaje ten sam: zrozumienie roli aerozoli. Przewiduj opady. Błyskawica na mapie. Skonfiguruj nasze modele klimatyczne.
W tym momencie paliwo już jest. Czeka na iskrę, o której istnieniu nie wiedzieliśmy.
