Природные и климатические особенности нашей планеты в значительной степени связаны с водой. Тропосферные облака состоят из капель воды и кристаллов льда, причем кристаллы в облаках играют определяющую роль в формировании осадков. Содержание кристаллов льда зависит от метеорологических и географических факторов, а также от содержания аэрозолей в воздухе.
В данной работе мы описываем результаты экспериментального исследования явления кристаллизации переохлажденных капель воды, в которых содержались субстраты кварца. Так как наиболее эффективными ядрами кристаллизации в атмосфере являются нерастворимые частицы, то мы использовали песчинки кварца с целью заставить капли замерзнуть при температурах ниже 273K. Для проведения лабораторных экспериментов в Лаборатории метеотехнологий РГГМУ создана экспериментальная установка, которая работает в диапазоне температур от 253 до 268K. В ходе экспериментов определялись: площадь поверхности субстратов, температура капель и время, через которое начинался процесс кристаллизации капли.
Как показали опыты, площадь поверхности субстрата играет большую роль при кристаллизации. Капли, которые содержали в себе субстрат с большим радиусом замерзали быстрее, чем капли, в которых находились субстраты меньшего размера. По полученной зависимости числа замерзших капель от времени, для частиц кварца получено значение удельной линейной энергии равное 1.6·1011 Дж/м. В теории кристаллизации капель Чукина-Платоновой данный параметр характеризует кристаллизующие свойства субстратов: чем меньше удельная линейная энергия, тем легче образование кристаллов на субстрате.
Использование полученного значения энергии в численной модели кристаллизации капель позволяет рассчитать фазовое состояние облаков как функцию температуры воздуха и концентрации аэрозолей. Полагаем, что результаты данной работы позволят моделировать влияние аэрозолей на радиационные свойства облаков и приблизиться научному сообществу к ответу на вопрос о причине современных изменений климата.