Одна капля холодной воды может вызвать ливень

Ещё в сороковых годах прошлого века учёные провели эксперимент, в ходе которого смогли вызвать ливень, сбрасывая кусочки сухого льда на кучевые облака. Но до сих пор механизм этого явления остаётся неясным.

Теперь Прашант Прабхакаран из Института динамики и самоорганизации им. Макса Планка и его коллеги создали искусственное облако и обнаружили, что падение лишь одной капли холодной воды запускает цепную реакцию с образованием новых капель.

В реальных облаках капли воды обычно растут, прилипая к мельчайшим аэрозольным частицам, которые представляют собой пыль, кристаллы льда и даже бактерии. Но Прабхакаран и его коллеги смогли смоделировать систему, в которой жидкие капли под высоким давлением могут расти сами по себе без необходимости в каких-либо аэрозолях. Это значительно упростило задачу по изготовлению небольшого облака в лабораторных условиях.

Для эксперимента учёные использовали коробку с подогреваемым дном и охлаждаемой верхней крышкой. Это было необходимо для создания разницы температуры между нижним и верхним слоем в четыре градуса.

Кроме того, чтобы воссоздать атмосферные процессы на земле, исследователи провели ряд химических манипуляций. В частности, роль воздуха внутри коробки играл газ гелий, а вместо воды был взят гексафторид серы. Подобно атмосферной влаге, это вещество может быть как жидкостью, так и паром, но формирует капли при более низкой температуре и давлении, чем вода.

В результате внутри коробки была воссоздана модель круговорота воды в природе. На дне появился небольшой бассейн из жидкого гексафторида серы, который частично испарялся и парил в виде облака в газообразном гелии. На холодной крышке гексафторид серы конденсировался в капли, которые срывались и падали вниз, пролетая сквозь газ.

Наблюдения за созданной моделью показали, что падающие капли охлаждали более тёплую окружающую среду и вызывали образование большого количества микрокапель. Это происходило по тому же принципу, что и появление конденсата на холодной поверхности при контакте с тёплым воздухом.

По мнению ученых, эта модель, описанная в журнале Physical Review Letters, может объяснить некоторые атмосферные явления, когда ливень начинается в считанные секунды, как будто кто-то открыл кран в душе. В определённых условиях мельчайшие капли воды в облаках могут сливаться в достаточно крупные образования. Если такие капли попадают в восходящие воздушные потоки, они поднимаются в более холодные слои и затем срываются вниз, провоцируя массовое создание новых капель.