Переохлажденные капли могут замерзать посредством двух механизмов: гомогенного и гетерогенного образование ледяных ядер. Гомогенное замерзание переохлажденных капель раствора играет существенную роль при температурах ниже -35°С. В нижней и средней тропосфере кристаллы льда появляются в основном за счет гетерогенного механизма в результате образования ледяных ядер на поверхности инородных частиц, находящихся в объеме переохлажденных капель.
Присутствие инородных частиц в переохлажденных каплях приводит к увеличению температуры замерзания капель. Не многие атмосферные аэрозоли могут служить так называемыми ядрами кристаллизации. На процесс гетерогенного замерзания сильно влияют такие параметры инородных частиц, как их размер, концентрация и поверхностные свойства, учитываемые с помощью параметра, называемого удельной поверхностной энергией α.
В результате численного моделирования была получена зависимость температуры гетерогенной кристаллизации переохлажденных капель от удельной поверхностной энергии инородных частиц. При моделировании использовались экспериментальные данные для крупных переохлажденных капель с погруженными в них частицами: биологические частицы (пыльца и бактерии) и сажа (продукты горения керосина), а также данные для переохлажденных капель средних размеров с инородными частицами, такими как: минеральная пыль (каолинит и монтмориллонит) и сажа (продукты горения ацетилена). Полученные данные показали, что уменьшение значений удельной поверхностной энергии инородных частиц в переохлажденных каплях ведет к повышению температуры кристаллизации. Для больших капель (гк>250 мкм) наиболее благоприятные условия льдообразования складываются на поверхности бактерий, для которых α = 9,0*10-12Дж/м. Для капель, с размерами от 20 до 50 мкм, процесс кристаллизации активнее происходит на поверхности каолинита, для которого α = 8,6*10-12 Дж/м.
Также была получена зависимость температуры кристаллизации слоистой и конвективной облачности от значений удельной поверхностной энергии инородных частиц. Вычисления показали, что наиболее благоприятные условия для гетерогенного замерзания переохлажденных капель складываются в слоистой облачности.
Библиографическая ссылка
Чукин В.В., Платонова А.С. О ВЛИЯНИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЛЕДЯНЫХ ЯДЕР НА ПРОЦЕСС ГЕТЕРОГЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ КАПЕЛЬ // Фундаментальные исследования. – 2009. – № 4. – С. 77-77;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4471 (дата обращения: 18.04.2024).