Геофизикам впервые удалось описать полный цикл образования осадков в облаках в результате засева их частицами иодида серебра. В будущем полученные результаты помогут повысить эффективность такого засева, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.
С середины XX века для управления погодой предлагаются методы активного воздействия на облака. С помощью таких подходов можно рассеять облака, спровоцировать осадки в засушливых областях или предотвратить образование града. Обычно для этого используется метод засева облаков — распыление в них частиц сухого льда, иодида серебра или иодида свинца. Известно, что эти частицы становятся центрами кристаллизации льда из переохлажденных облаков, однако точный механизм формирования осадков в них, несмотря на достаточно большое количество экспериментов и теоретических расчетов, до сих пор до конца не изучен. Это сильно снижает эффективность используемых подходов, поэтому сейчас, вместо работающих моделей, для оценки эффективности засева, как правило, используются данные статистического анализа.
Американские геофизики под руководством Джеффри Френча (Jeffrey R. French) из Вайомингского университета провели прямое экспериментальное исследование процессов, которые происходят в облаках при их засеве иодидом серебра AgI. Наблюдения ученые проводили с помощью двух наземных радаров, работающих в диапазоне X (от 5200 до 10900 мегагерц), а также приборов, установленных на бортах воздушного судна для геофизических исследований и самолета для засева облаков, работающих в диапазоне W (около 60 тысяч мегагерц). Исследования проводились в штате Айдахо в 2017 году во время двух зимних засевов.
Оказалось, что в течение 30 минут после распыления частиц иодида серебра начинается кристаллизация льда. Сразу после начала кристаллизации концентрация частиц размером около 300 микрон в области засева находится на уровне 1 — 5 штук на литр, что примерно на три порядка больше чем в окружающих незасеянных облаках. Очень быстро после начала нуклеации начинается образование ледяной крупы, при этом диаметр частиц сохраняется на том же уровне или немного увеличивается. После этого в результате кристаллизации из водяного пара и агрегации частиц их средний размер увеличивается до 1 миллиметра (максимальный размер на этой стадии может достигать и 8 миллиметров), в результате чего они выпадают в виде осадков. При этом в некоторых областях облаков центры кристаллизации продолжают сохранять даже спустя 60 — 90 минут после окончания засева.
Помимо времени начала кристаллизации и осаждения образовавшихся частиц, ученые смогли проследить за траекториями частиц между этапом кристаллизации и началом выпадения в виде снега и определением тех областей облаков, в которых в каждый момент времени кристаллизация происходит наиболее активно. Ученые отмечают, что из полученных результатов напрямую нельзя оценить эффективность засева облаков, однако они дают достаточное количество данных для дальнейших исследований.
Обычно для засева облаков используются либо наземные устройства, либо оборудование, установленное на борту самолетов. Недавно для подобных целей предложили использовать и беспилотные летальные аппараты.
Александр Дубов
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.