Jądra kondensacji: sól, pył i powietrze, które nie chce chmur

Przesycenie potrzebne bez jąder, rola soli morskiej i sadzy, i co to znaczy dla chmur nad miastem.

Bariera · dlaczego czysta para nie chce się skraplać

Zakrzywiona powierzchnia ucieka szybciej

Cząsteczka na powierzchni bardzo małej kropelki ma wokół siebie mniej sąsiadów niż na powierzchni płaskiej — bo powierzchnia jest silnie zakrzywiona. Słabiej związana, ucieka łatwiej. Skutek: nad małą kroplą prężność pary nasyconej jest wyższa niż nad płaską wodą. Nazywa się to efektem Kelvina.

Im mniejsza kropla, tym efekt silniejszy — a zawiązek powstający z przypadkowego zderzenia kilku cząsteczek jest skrajnie mały. Dlatego rozpada się natychmiast po powstaniu.

Ile przesycenia trzeba bez jąder

Zawiązek o promieniu 1 nm wymaga przesycenia rzędu 300%

Zawiązek 10 nm — około 12%

Zawiązek 100 nm — około 1,2%

Na jądrze kondensacji o promieniu 100 nm wystarcza: 0,1–1%

W realnej atmosferze przesycenie rzadko przekracza kilka dziesiątych procenta. Bez jąder chmury by więc nie powstawały — a w komorze Wilsona, gdzie powietrze jest oczyszczone, uzyskuje się przesycenia rzędu setek procent i skraplanie zachodzi dopiero na śladach jonizacji.

Jądra · skąd się biorą i czym się różnią

Sól, pył, sadza, siarczany

Jądra kondensacji dzielą się na dwie grupy o bardzo różnym zachowaniu:

Higroskopijne — sól morska, siarczany, kwasy. Rozpuszczają się w wodzie, a roztwór ma prężność pary niższą niż czysta woda (efekt Raoulta). To działa w przeciwną stronę niż efekt Kelvina i ułatwia skraplanie tak bardzo, że sól zaczyna zbierać wodę już przy wilgotności około 75 procent — czyli poniżej nasycenia. Stąd mgiełka nad morzem przy bezchmurnym niebie.

Niehigroskopijne — pył mineralny, sadza, popiół. Dają płaską powierzchnię do osadzania, ale nie obniżają prężności. Wymagają przesycenia, choć niewielkiego.

Ile jąder w powietrzu

Nad otwartym oceanem: 100–300 na cm³

Nad terenem wiejskim: 500–2000 na cm³

Nad dużym miastem: 10 000–100 000 na cm³

Ta sama ilość wody rozdzielona na sto razy więcej jąder daje kropelki o średnicy mniejszej mniej więcej pięciokrotnie. Stąd chmury miejskie są jaśniejsze (więcej powierzchni rozpraszającej) i trudniej im spaść deszczem (kropelki za małe, żeby urosnąć przez zderzenia).

To zjawisko ma nazwę — efekt Twomeya — i jest jednym z najtrudniejszych do oszacowania czynników w modelach klimatu. Aerozole antropogeniczne rozjaśniają chmury, a jaśniejsze chmury odbijają więcej światła w kosmos, co działa chłodząco i częściowo maskuje ocieplenie od gazów cieplarnianych.

Smugi statków · widoczny dowód

Chmury narysowane przez silniki

Na zdjęciach satelitarnych oceanów widuje się jasne, wąskie smugi ciągnące się przez setki kilometrów w pokrywie chmur niskich. To ship tracks — ślady statków.

Spaliny wyrzucają jądra kondensacji do powietrza ubogiego w aerozole. W miejscach ich obecności ta sama ilość wody rozdziela się na więcej i drobniejszych kropelek, więc chmura staje się jaśniejsza. Ślad jest widoczny z orbity przez wiele godzin.

To najczystszy dostępny dowód eksperymentalny na efekt Twomeya — naturalny eksperyment prowadzony codziennie na całym oceanie. Ograniczenie zawartości siarki w paliwie żeglugowym od 2020 roku wyraźnie te ślady osłabiło, co dostarczyło badaczom kolejnego, niezamierzonego eksperymentu.

← Spis treści ↑ Rozdział 12: Narodziny chmury