Около 90 процентов осадков над сушей зависит от образования кристаллов льда в облаках, которые падают вниз из-за их возрастающего веса. Но вода в облаках замерзает только при наличии определенных частиц, на которых могут расти кристаллы льда. Однако из всех аэрозольных частиц, то есть твердых взвешенных частиц в атмосфере, лишь немногие действуют как ядра льда. Эти редкие аэрозольные частицы решающим образом определяют количество осадков на Земле.
Следовательно, важно понимать, что отличает их от других частиц. «Такое понимание улучшило бы нашу способность прогнозировать образование льда и осадков в будущем измененном климате с измененной аэрозольной нагрузкой», — говорит профессор Томас Лейснер, руководитель отдела исследования атмосферных аэрозолей Института метеорологии и климатических исследований KIT (IMK-AAF). .Ученым IMK-AAF в сотрудничестве с исследователями Лаборатории электронной микроскопии (LEM) KIT и Университетского колледжа Лондона (UCL) удалось решить этот вопрос для важнейшего класса ядер неорганического атмосферного льда, то есть частиц минеральной пыли, состоящих из полевого шпата. Как сообщается в журнале Science, ученые объединили наблюдения электронной микроскопии с молекулярным моделированием, чтобы впервые определить атомную природу этого важного неорганического ледяного ядра. Они показали, что лед начинает расти на кристаллитах полевого шпата не на доступных гранях кристаллов, а на микроскопических дефектах, таких как края, трещины и небольшие углубления. Несмотря на то, что эти дефекты беспорядочно распределены на поверхности кристаллитов, кристаллы льда растут с той же ориентацией относительно кристаллической решетки полевого шпата.
На основании этих наблюдений и обширного молекулярного моделирования ученые пришли к выводу, что определенная грань кристалла, которая встречается только на дефектах на поверхности кристаллита полевого шпата, является основным ядром для образования льда. «Полевой шпат является одним из наиболее активных зародышеобразователей атмосферного льда, но почему он так хорош для образования льда, остается неясным», — сказал профессор Ангелос Михаэлидис из UCL. «Идентифицировав активный центр образования льда на полевом шпате, мы нашли важную часть головоломки». Теперь исследователи ожидают, что аналогичные исследования выявят свойства других минералов, действующих как ядра льда.