Как загрязнение атмосферы может усиливать грозы и молнии

Новый механизм объясняет усиление грозовых явлений из-за загрязнения воздуха мелкими и летучими аэрозольными частицами.

Метеорологический мониторинг показывает, что в последние годы частота и сила природных катаклизмов растут. И дело не только в глобальном потеплении, но и в огромных объемах загрязнений, поступающих в атмосферу. Так, мелкие аэрозольные частицы, которые создаются при сжигании топлива или при лесных пожарах, могут стимулировать грозы и молнии. Это можно проследить по спутниковым снимкам океана, на которых видно, что чаще и ярче всего молнии вспыхивают вдоль самых загруженных торговых путей.

А недавно команда профессора Массачусетского технологического института (MIT) Тима Кронина (Tim Cronin) предложила механизм, благодаря которому аэрозоли могут усиливать грозовые явления. Ключевую роль в этом процессе играет повышение влажности, о чем ученые пишут в статье, опубликованной в журнале Science. Возможно, вскоре он будет учитываться климатическими моделями для более точных предсказаний.

Дело в том, что взвешенные в воздухе частицы служат центрами конденсации влаги, облегчая рост капель и образование облаков. Однако если концентрация аэрозольных частиц достаточно велика, слияние капель затрудняется. Они остаются не слишком крупными, не могут пролиться дождем и накапливаются в том же объеме в большем числе. Поднимаясь выше, они попадают в менее влажные слои атмосферы, где начинают испаряться.

Чем суше окружающий воздух, тем сильнее испарение — и тем сильнее охлаждается само облако, в результате замедляя свой подъем. Но если воздух также несет достаточно влаги, испарение затруднено, облако почти не охлаждается и движется вверх активнее, создавая все условия для возникновения молний. Именно это, по мнению Кронина и его соавторов, и происходит. Постоянное поступление в атмосферу аэрозольных частиц насыщает окружающие объемы воздуха влагой. Это затрудняет испарение капель при подъеме на высоту. Добираясь выше, они замерзают — и уже здесь трение и удары мириадов льдинок ведут к возникновению грозы.

Авторы провели компьютерное моделирование этих процессов в объеме атмосферы с площадью 128 х 128 километров, варьируя концентрацию аэрозолей, температуру и влажность облаков и окружающего воздуха. И действительно, оказалось, что низкие облака, насыщенные летучими частицами, не испарялись так легко и поднимались намного выше, лишь затем отдавая воду. Созданный при этом слой влажного воздуха создавал условия для более стремительного подъема новых капель — и возникновения гроз.

«После того, как сравнительно невысоко в атмосфере образовался этот насыщенный водой слой, любой следующий “пузырь” теплого и влажного воздуха может стать эпицентром для появления гроз, — поясняют авторы работы. — Он легко поднимается на высоту 10-15 километров, подходящую для роста грозы».