Капельки воды оказывают влияние на изменение климата

Исследователи Норвежского университета естественных и технических наук вместе с коллегами из фонда SINTEF выяснили, как формируются пузырьки и капельки в жидкостях. Это поможет уточнить наши климатические модели. Свою работу авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters.

Понять процесс образования капель в чистой воде в контролируемой лабораторной установке достаточно сложно, но в атмосфере капли формируются в присутствии множества различных веществ, что еще больше усложняет его моделирование. Некоторые из них, такие как азот, кислород и аргон, мало взаимодействуют с водой и их можно легко фиксировать. Сложности возникают из-за поверхностно-активных веществ, которые остаются на поверхности капель.

Одним из примеров поверхностно-активных веществ является этанол, который содержится в пиве, вине, шампанском и других алкогольных напитках. В капле шампанского молекулы этанола скапливаются на поверхности и резко снижают ее поверхностное натяжение.

Прежде чем капля воды образовуется в атмосфере, должно произойти достаточно случайных столкновений между молекулами, чтобы сформировать ее зародыш или «ядро». Крошечная, наноразмерная капля воды называется критическим ядром, и ее образование известно как нуклеация. Эти наноразмерные капли обычно формируются вокруг частиц пыли, а поверхностно-активные примеси скапливаются на поверхности таких структур. После того, как образуется достаточно большая капля, она будет расти самопроизвольно.

Классическая теория нуклеации терпит неудачу, когда в расчет берутся присутствующие на капле поверхностно-активные примеси. Например, если капли воды образуются в присутствии спиртов, то прогнозы скорости, с которой образуются капли, могут отличаться от наблюдений более чем в 20 раз. Гипотеза авторов новой работы состояла в том, что эти расхождения происходят из-за предположения, что сферическое ядро имеет такое же поверхностное натяжение, как и полностью плоская поверхность.

Ученые использовали сложную вычислительную модель для поверхности капли в сочетании с точной термодинамической моделью для жидкости и пара, чтобы улучшить классическую теорию. Включив более точное представление поверхностного натяжения в теорию, которая объясняет, как искривлена капля, авторы смогли согласовать теоретические предсказания скорости нуклеации с теми, которые фактически наблюдались в экспериментах, уменьшая расхождение от более чем 20 до менее чем двух порядков величины. Странные, физически невозможные предсказания, полученные с использованием классической теории нуклеации, также исчезли.

Капельки воды оказывают влияние на изменение климата: 1 комментарий

Обсуждение закрыто.