Облака живые на треть

Если бы воздух над материками и океанами был идеально чистым, туч в нём было бы куда меньше, а осадки до поверхности нашей планеты почти не долетали бы. Дело в том, что даже при температуре ниже нуля по Цельсию и 100-процентной влажности крохотные кристаллики льда, с которых начинается образование большинства облаков и осадков, не появлялись бы. Чтобы растворённая в воздухе вода начала кристаллизоваться сама по себе, нужны температуры ниже –40^o C, которые летом в средних широтах наблюдаются лишь на высотах больше 10 км над землёй.

К счастью для садоводов и огородников, дождь идёт и летом, и с гораздо меньших высот – и всё благодаря аэрозолям. Крохотные песчинки, которые ветер поднимает в пустынях, частички сажи от горящих лесов и многочисленных заводских труб, кристаллики соли, подхваченные с гребней океанских волн – все они с готовностью становятся зародышевыми центрами кристаллизации воды в облаках. Как недавно показали геофизики из Германии, США и Швейцарии, неожиданную и непропорционально значительную роль в этом процессе играют крохотные включения свинца в составе некоторых из этих частиц.

Существуют ещё два источника таких зародышевых концентрация – космические лучи и биологические частицы.

С первыми ситуация очень неясная. Нет сомнений, что атомы и молекулы, которые ионизуют эти высокоэнергичные элементарные частицы, действительно становятся центрами конденсации. Существуют даже теории, согласно которым переменность потока космических лучей из-за активности Солнца и движения Солнечной системы по Галактике может быть определяющим фактором в долговременном изменении климата Земли. Однако есть и противоположная точка зрения, и разрешить спор эксперимент пока не в состоянии.

В противоположность им роль биологических частиц – бактерий, спор грибов, вирусов, одноклеточных водорослей и так далее – в последнее время получает всеобщее признание. Совсем недавно учёные убедительно доказали, что свежий снег, который выпадает хоть в Альпах, хоть в Антарктиде, хоть в Америке, содержит непропорционально много биочастиц, которые и позволяют снежинкам образовывать при температурах выше –10 по Цельсию. Более того, в каком-то смысле снегом управляет именно жизнь, а не просто биологические частицы: прогрев талой воды всего лишь до +50^o C, который приводит к разрушению естественной структуры биологических молекул, не разрушая самих частиц, резко снижает способности последних к «снеготворению».

Однако все эти наблюдения касаются лишь уже выпавших осадков. Чтобы доказать, что биочастицы играют такую же важную роль и в образовании самих облаков, аспирантка Университета Калифорнии в Сан-Диего Керри Пратт вместе со своими научными руководителями Кимберли Пратер и Полом Демоттом, а также полудюжиной других коллег создала специальный масс-спектрометр A-ATOFMS. Он может на лету исследовать частицы микрометровых и субмикрометровых размером на предмет их химического состава и уймы других характеристик.

Инструмент учёные поставили на переоборудованный под научный нужды военно-транспортный самолёт C-130 «Геркулес», и 7 ноября 2007 года, в день 90-й годовщины Октябрьской революции, пообедав, поднялись в воздух над американским штатом Вайоминг. Завидев с борта подходящее волновое облако (они образуются в стоячих волнах за грядами гор), учёные ринулись прямо в его центр.

18 минут лётных измерений показали, что биочастицы – второй по значимости фактор образования облаков.

Примерно треть (от 23% до 43%) всех центров конденсации оказались, судя по химическому составу, частицами биологического происхождения. На первом месте, разумеется, были минеральные частицы, которые нашлись в каждом втором зародыше конденсации. Оставшуюся 1/6 составляли кристаллики морской соли (по большей части NaCl и KCl, всего около 9%), частички сажи (4%) и органические соединения, в состав которых входит углерод и азот (4% в среднем). Работа учёных принята к публикации в Nature Geoscience.

Эти результаты очень важны при попытках просчитать последствия изменения климата.

Влияние биологических частиц на эти процессы многие специалисты по моделированию прежде предпочитали либо совсем не учитывать, либо учитывать в очень грубом приближении – просто потому, что полноценного понимания, какова роль биочастиц, не было. Теперь предстоит ещё немало работы, чтобы выяснить, как изменение температур и характера перемешивания воздушных масс на Земле будет влиять на количество бактерий, спор и прочих биочастиц в воздухе. А вовсе не учитывать их роль должно стать откровенным моветоном.

Попутно Пратт и её коллеги выяснили интересную деталь. Большая часть частиц (что «живых», что минеральных), благодаря которым 7 ноября над США возникли облака, прилетели из-за океана. Сверка ионных профилей почвы по всей планете с характером воздушных течений в предыдущие дни показала, что они поднялись в воздух в степях Монголии и Китая и примерно за неделю добрались до США.