科学家重新思考云冰的形成

新的研究表明，微量溶质对冰成核和云形成的影响被严重低估了。

水的冰点可能是0°C，但它并不总是遵循这个规律。考虑一下盐是如何被用来覆盖路面和人行道的;水的温度不会改变，但溶解的盐使水在低于0°C的温度下以亚稳液相存在。¹

亚稳水是云形成的基础——水滴形成于微小的矿物粉尘颗粒上，如果足够冷，其中一些水滴会不均匀地冻结并形成冰粒。此前的冰成核研究主要集中在均质冻结和纯水样本上，科学家们将观察到的水冻结行为变化归因于可与其他物质相互作用的水的数量——称为溶液的水活度——而不是任何溶解物质，如盐。²

“即使温度低于通常的冰点0°C，大气中的许多云也含有液态水滴，过冷水的存在具有实际和微妙的影响。”这就是为什么当我们坐在停机坪上等待在飞机上喷洒除冰液时，我们的航班有时会延误。这也是大气科学中一个突出谜团的来源:过冷水究竟是如何结冰的?的评论雷蒙德·肖他是美国密歇根理工大学的云物理学专家，他没有参与这项研究。“这不仅仅是一个学术问题，因为冰的形成可以完全改变降水效率、光学特性和云的动态结构。”

通过研究已知存在于大气中的一系列可溶性矿物质和无机化合物，包括海盐的成分，以不同的组合形式，托马斯鲸鱼和英国利兹大学的同事们已经证明，足够低的溶质浓度不会影响水的活度，可以深刻地影响冰的成核。就像结冰道路上的盐一样，他们发现碱金属卤化物(KCl, NaCl和NaI)抑制了水滴的冻结温度，使它们的冻结温度比纯水低8°C。更令人惊讶的是，铵盐，如(NH₄）₂所以₄和(NH₄)Cl，可以提高冻结温度，与水滴冻结比纯水高3°C。在比较铵盐和最有效的抑制剂氯化钾时，研究小组观察到冻结温度相差10°C。

该中心研究云微物理的伊冯·布斯(Yvonne Boose)说，这项研究是开创性的德国航空航天中心(DLR)。“这一结果为研究活性位点的性质和系统研究冰成核机制开辟了新的思路。”

“我们发现的基本过程对控制冰成核温度很重要，但目前还很难讨论影响的程度。”这肯定会产生重大影响，需要进一步调查，”Whale评论道。Boose补充说:“一些研究小组已经发现了一种溶质效应的线索，而不是可以用水的活度来解释的，但是Whale和同事们系统地研究了这些效应，使用了各种成核剂上的一系列溶质。”仍然存在的挑战是更详细地研究多组分系统，以便能够理解这些影响对大气中冰成核的意义。”