Posts

Υπάρχουν πολλά που ακόμα δε γνωρίζουμε σχετικά με τις διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στα νέφη. Μία νέα έρευνα αποκαλύπτει μέσα στα νέφη μπορούμε να βρούμε παγωμένα γλυφιτζούρια, τα οποία μπορούν να μας δώσουν πληροφορίες σχετικά με τη μικροφυσική των νεφών αυτών.

Τι είναι τα Ice-Lollies;
Ένα Ice-Lolly είναι ένα παγοκρυστάλλιο που αποτελείται από ένα στυλοειδή παγοκρύσταλλο (ice column) και μία παγωμένη σταγόνα νερού προσαρτημένη στο άκρο του. Το μέγεθος της σταγόνας συνήθως είναι διαμέτρου ~300μm, ενώ το συνολικό μήκος του μπορεί να φτάσει και το 1.5mm. Ο λόγος για τον οποίο ονομάστηκαν έτσι από τους Keppas et al. [2017] είναι το πολύ ιδιαίτερο σχήμα τους. Αν και στο παρελθόν παρόμοια παγοκρυστάλλια έχουν παρατηρηθεί μεμονωμένα, αυτή είναι η πρώτη φορά που παρατηρούνται σε σημαντικές συγκεντρώσεις και περιοχές μέσα σε νέφη. Πιο συγκεκριμένα τα Ice-lollies παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια περάσματος ενός θερμού μετώπου στη νότια Αγγλία στις 21/01/2009, μέσα σε μία θερμή ζώνη μεταφοράς (warm conveyor belt). Μία τέτοια ζώνη, είναι ουσιαστικά ένα θερμό ρεύμα αέρα που ξεκινάει από τον θερμό τομέα της ύφεσης και ανέρχεται πάνω από τον ψυχρό τομέα (κάθετα στο θερμό μέτωπο) μεταφέροντας υγρό και θερμό αέρα ψηλότερα. Το εν λόγω θερμό μέτωπο συσχετιζόταν με ένα εκτεταμένο και καλά οργανωμένο σύστημα χαμηλών πιέσεων στον βόρειο Ατλαντικό.

Πως ανακαλύφθηκαν;
Η ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου του Manchester, ερευνώντας και συγκρίνοντας δεδομένα που ελήφθησαν από πτηση παρατήρησης (στις 21/01/2009) μέσα στο θερμό μέτωπο και δεδομένα από ραντάρ διπλής πολικότητας (στο Chilbolton), που σάρωνε ταυτόχρονα την περιοχή πτήσης με σκοπό τη μελέτη μικροφυσικής του μετώπου, παρατήρησε τα συγκεκριμένα παγοκρυστάλλια σε σημαντικές συγκεντρώσεις και περιοχές μέσα στα νέφη. Τα δεδομένα που λήφθηκαν από την πτήση περιήχαν μεταξύ άλλων (πχ. συγκέντρωση και μέγεθος υδρομετεώρων) και εικόνες ειλημμένες από το 2D-S probe. Η λειτουργία του 2D-S probe βασίζεται στην στόχευση των παγοκρυστάλλων και υδροσταγονιδίων από μία δέσμη laser και την καταγραφή της σκιάς τους. Αυτή η σκιά παρέχει πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος των υδρομετεώρων. Περισσότερες πληροφορίες για το συγκεκριμένο όργανο καταγραφής μπορείτε να βρείτε εδώ. Ακολουθεί ένα διάγραμμα ice-lollies όπως καταγράφηκαν από το εν λόγω μέσο καταγραφής σε σχέση με την θερμοκρασία:

Πως δημιουργούνται;
Κατά τη διάρκεια του θερμού μετώπου παρατηρήθηκε ότι οι κορυφές των νεφών αποτελούνταν κατά βάση από εξαγωνικούς παγοκρυστάλλους (ice plates, ice dendrites). Αυτοί οι παγοκρύσταλλοι ακολουθώντας καθοδική πορεία μέσα στο νέφος εισέρχονταν μέσα στη θερμή ζώνη μεταφοράς, η οποία μετέφερε υγρό αέρα και δημιουργούσε υπερψυγμένα υδροσταγονίδια (σταγόνες που παραμένουν σε υγρή φάση σε θερμοκρασίες μεταξύ 0°C και -38°C). Αυτά τα υδροσταγονίδια πάγωναν με την επαφή τους με τα παγοκρυστάλλια (riming process). Σε θερμοκρασίες μεταξύ -3°C και -8°C, σύμφωνα με την θεωρία Hallett-Mossop, τα υπερψυγμένα υδροσταγονίδια ερχόμενα σε επαφή με παγοκρύστάλλους, ψύχονται με συγκεκριμένο τρόπο. Πρωτίστως δημιουργείται μία επιφανειακή κρούστα πάγου, ενώ το εσωτερικό παραμένει σε υγρή μορφή. Στη συνέχεια η ψύξη συνεχίζεται στο εσωτερικό της σταγόνας. Λόγω της εκτόνωσης του πάγου στο εσωτερικό, η αρχική επιφανειακή κρούστα θραύεται με αποτέλεσμα μικρά θραύσματα να απελευθερώνονται μέσα στο νέφος. Σε θερμοκρασίες μεταξύ -3°C και -8°C αυτά τα θραύσματα αναπτύσσονται στυλοειδώς. Αυτά τα στυλόμορφα παγοκρυστάλλια στη συνέχεια συγκρούονται με άλλες υπερψυγμένες σταγόνες για να σχηματίσουν τα ice-lollies.

Πως επηρεάζουν τα νέφη;
Η δημιουργία των Ice-Lollies σχετίζεται με την ψύξη των υπερψυγμένων σταγόνων μέσα σε νέφη μικτής φάσης (νέφη που περιέχουν υγρή και στερεά φάση ταυτόχρονα). Αυτό σημαίνει ότι τα Ice-Lollies μπορούν να επιταγχύνουν τις διαδιακασίες παγοποίησης ενός νέφους και να το μετατρέψουν σε νέφος, που περιέχει αποκλειστικά πάγο. Αυτό μπορεί να έχει επίπτωση στο χρόνο ζωής των νεφών. Επίσης, κατά την πρόσκρουση μίας σταγόνας σε ένα στυλοειδές παγοκρυστάλλιο και τη δημιουργία ενός Ice-Lolly είναι δυνατή η επανάλληψη της διαδικασίας Hallett-Mossop που περιγράφηκε προηγουμένως. Αυτό θα είχε ως συνέπεια την περαιτέρω δημιουργία παγοκρυστάλλων (ice multiplication), η οποία θα μπορούσε να συνδεθεί με ενίσχυση του υετού στην επιφάνεια της γης. Σε γενικότερο πλαίσιο, τα νέφη αποτελούν σημαντικό μέρος του ενεργειακού ισοζυγίου του συστήματος γης-ήλιου, επηρεάζοντας τόσο την εισερχόμενη όσο και την εξεχόμενη από τη γη ακτινοβολία. Η καλύτερη κατανόηση των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στα νέφη μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη παραμετροποίηση αυτών των διαδικασιών στα κλιματικά και τα μοντέλα καιρού.

Περισσότερες λεπτομέριες και σχήματα μπορείτε να βρείτε στο άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο AGU: Keppas et al. [2017]

Το AGU έχει δημοσιεύσει και ένα χιουμοριστικό κόμικ για την πιο εύκολη κατανόηση της διαδικασίας σχηματισμού των Ice-Lollies: AGU comic

Αναφορές για τη συγκεκριμένη εργασία έχουν γίνει και σε άλλους επίσημους ιστότοπους: Science News, EGU blog