Ученые наконец-то раскрыли главную загадку града. Старая теория оказалась неверной

Он обрушивается с неба всегда внезапно, падая словно шрапнель. После остаются выбитые стекла, помятые машины, уничтоженные поля. Каждый год глобальный ущерб от града исчисляется многими миллиардами долларов. При этом, несмотря на невероятную убойную силу, рождение ледяных «снарядов» в грозовых облаках долгое время оставалось одной из самых таинственных загадок атмосферы.


Да, ученые знали, что внутри каждой градины, как в годичных кольцах дерева, записана ее история. Но как прочитать эту зашифрованную информацию? Совсем недавно ответ пришел из Пекина. Открытие ученых из Китайской академии наук способно перевернуть все наши представления об одной из самых грозных погодных явлений.

Теория американских горок отменяется

На протяжении десятилетий в науке держится теория о том, что механизм образования градин очень напоминает американские горки. Крошечная ледяная частица захватывается мощными восходящими и нисходящими потоками внутри грозового облака. Она путешествует вверх и вниз, сталкиваясь с переохлажденными каплями, которые намерзают на ее поверхность.

Каждый такой цикл добавляет новый слой: то прозрачный, то мутный. Таким образом, создается характерная слоистая структура градины. В науке этот процесс называется «рециркуляцией» и считается не только логичным, но и убедительным. Но вот является ли он единственным и главным?



Чтобы проверить свою гипотезу, потребовались не просто наблюдения за грозовым небом, а самые настоящий детективный метод. И он был найден учеными из Пекинского университета. Исследовательская группа под руководством Цинхуна Чжана совершила прорыв, применив для анализа градин метод стабильных изотопов.

Дело в том, что каждый слой атмосферы обладает уникальным «изотопным отпечатком» — соотношением тяжелых и легких изотопов кислорода и водорода в молекулах воды. Что-то вроде отпечатка пальцев у человека. И когда формируется градина, она, словно архив, сохраняет эти отпечатки в каждом своем слое.

В своем исследовании, опубликованном в журнале Advances in Atmospheric Sciences, Чжан и ее коллеги буквально восстановили «биографии» 27 градин, выпавших во время девяти различных штормов в Китае. Пекинские исследователи не просто рассматривали лед, они слой за слой прочитывали его химическую память.


— Чжан.

Что же рассказали ледяные архивы?

Картина выявилась куда более удивительная, чем предполагала классическая теория. Изначально ученые ожидали, что в большинстве градин будут записаны моменты многочисленных подъемов и спусков на грозовых «американских горках». Но реальность преподнесла большой сюрприз.



Из 27 изученных градин лишь одна-единственная (!) показала четкие химические признаки гипотетического метода рециркуляции. Зато остальные поведали совсем иные истории.

Например, 10 градин сформировались в ходе устойчивого нисходящего движения в атмосфере. Еще 13 показали всего один восходящий цикл. Но самыми удивительными были оставшиеся три градины: они продемонстрировали следы... практически горизонтального движения через облако.

Таким образом, пекинские исследователи кардинально поменяли все понимание градообразования. Оказывается, град формируется не по единому шаблону, а по разным сценариям, зависящим от динамики конкретного шторма. Мощные восходящие потоки, характерные для суперъячеек, действительно могут поднимать градины многократно, создавая крупные, многослойные экземпляры. Но многие градины рождаются и растут по более простым и прямым траекториям.

Исследование также уточнило температурные рамки этого процесса. Считалось, что град образуется в интервале от -30 °C до -10 °C. Однако данные Чжана показали, что зародыши градин могут появляться и за пределами этого диапазона — при температурах от -33,4 °C до -8,7 °C.

И хотя новое открытие опровергает строгие рамки предыдущей теории, но все-таки не отменяет ее. Для формирования крупного, опасного града частице все же требуется провести значительное время в зоне с оптимальной температурой. Это нужно, чтобы нарастить достаточное количество слоев.

Именно поэтому самые крупные градины, размером с теннисный мяч или даже больше, чаще всего выпадают именно из мощных, хорошо организованных гроз с сильными восходящими потоками. Это связано с тем, что такие облачные образования могут долго удерживать ледяные ядра в так называемой зоне роста.

Для чего вообще нужно это исследование?

Цинхун Чжан уверен, что новая научная работа позволит улучшить погодные прогнозы и точнее оценивать потенциальную опасность той или иной грозы.


— Чжан.

Раскрытие химической памяти града — это гигантский шаг вперед. Теперь мы можем восстановить маршрут любой градины от рождения до падения на землю. Эти данные открывают двери для создания более точных физических моделей грозовых облаков.



Но, как это часто бывает в науке, ответы на одни вопросы порождают новые. Какие именно атмосферные условия запускают тот или иной сценарий формирования града? Можно ли по данным радара в реальном времени определить, по какому пути (восходящему, нисходящему или горизонтальному) движется град внутри облака? Словом, ученым есть над чем работать.