Jak to się dzieje, że raz z chmur pada deszcz, innym razem śnieg lub grad? Wszystko zaczyna się od parowania, które jest częścią kluczowego dla życia na Ziemi cyklu hydrologicznego. W zimnej atmosferze dochodzi do skraplania się pary wodnej. Bardzo drobne kropelki łączą się w skupiska, w ten sposób formując chmury.
Barwa chmur jest uzależniona od tego jak wiele takich kropel niosą. Im jest ich więcej, tym chmura jest ciemniejsza, ponieważ krople powodują załamywanie się i odbijanie promieni słonecznych. Stąd też granatowe chmury są dla nas ostrzeżeniem, że zbliża się ulewa, a jasnych obłoków nie musimy się obawiać.
To, co spadnie na ziemię uzależnione jest od warunków panujących w chmurach. Jeśli jest bardzo zimno, to para wodna od razu zmienia się w płatki śniegu, z pominięciem stanu ciekłego. Jeśli łączące się ze sobą krople wody unoszone są przez prądy wstępujące na tyle wysoko, aby natychmiast zamarznąć, to zmieniają się w grad.
Jednak to, że w chmurze znajduje się śnieg czy grad wcale nie oznacza, że spadną one na nasze głowy w takim stanie, w jakim zaczęły opadać z chmury. Tutaj kluczowe znaczenie ma temperatura panująca między gruntem a chmurą. Jeśli jest ujemna na całej długości, to spadnie na nas śnieg. Jeśli jest dodatnia, to śnieg zanim dotrze na ziemię zdąży się roztopić w deszcz.
Wiemy już jak powstają dane typy opadów, ale nie wiemy co sprawia, że para wodna zmienia się w opad. Jaka jest bezpośrednia przyczyna tego, że występują opady? Aby zrozumieć ten proces musimy spojrzeć pod mikroskop, ponieważ źródło opadów nie jest widoczne gołym okiem.
Bez nich nie byłoby deszczu
Spacerujecie po lesie, wdychacie krystalicznie czyste powietrze i zastanawiacie się, czym w takim razie oddychacie na co dzień? Spalinami, wyziewami z kominów, pyłami. I chociaż przyczyniają się one do chorób układu oddechowego i krążenia oraz skracają nam życie, to jednak egzystencja na naszej planecie nie mogłaby się bez nich obejść. Dlaczego?
Bo sterylnie czysta atmosfera ziemska zgotowałaby nam kataklizm, jakiego nie potrafimy objąć rozumem. Ze szkoły podstawowej wiemy, że woda zaczyna zamarzać, gdy temperatura spada poniżej zera i wówczas nazywamy ją lodem.
Jednak od każdej żelaznej reguły zdarzają się odstępstwa. Tak jest również w przypadku zamarzania wody. Aby proces ten w ogóle mógł się rozpocząć, potrzebne jest jądro kondensacji, a więc właśnie wspomniane wcześniej zanieczyszczenie, chociażby w postaci pyłku.
Przyczepiają się do niego drobne krople wody, jedna po drugiej, które przy ujemnej temperaturze krystalizują, zmieniając się w grad. Para wodna z kolei osadza się na pyłku i tworzy śnieg. Jednak nie tylko zanieczyszczenia rozpoczynają proces formowania się opadów. Ostatnio dowiedziono, że są to również mikroorganizmy.
Nie tylko pyłki, również mikroby
Mikroby są najliczniej występującą grupą organizmów żywych na naszej planecie. Opanowały zarówno najgorętsze, jak i najzimniejsze miejsca, od wnętrza wulkanów po lodowce Antarktydy. Bez nich życie na Ziemi nie mogłoby istnieć w bieżącej formie. Nie sposób wymienić wszystkich procesów w których uczestniczą, a jak wynika z nowych badań, mogą również sterować pogodą.
Wśród nich znajdują się bakterie Psuedomonas syringae, które spotkać można na roślinach, również tych uprawnych. Na jednym centymetrze sześciennym liścia może się znajdować nawet 100 tysięcy tych mikroorganizmów. Rolnicy z nimi walczą, ponieważ mają one wyjątkową właściwość. Kodują białko w błonie zewnętrznej, która z kolei wiąże cząsteczki wody w uporządkowany układ, zwiększając krystalizację.
Potrafią więc zamieniać wodę w lód nawet przy dodatniej temperaturze. Rośliny, które źle znoszą przymrozki i oblodzenie, mogą zostać zniszczone w ciągu niecałej godziny. Każdego dnia prądy konwekcyjne unoszą znad nagrzanej ziemi 2 miliony ton tych bakterii.
Trafiają one do atmosfery na wysokość kilku, a nawet kilkunastu kilometrów i tam łączą się z przechłodzonymi kroplami wody, które natychmiast zamarzają. W jednym metrze sześciennym chmury może się znajdować nawet 100 tysięcy tych bakterii. W ten sposób mikroby stają się jądrami kondensacji.
Bakterie wracają na ziemię wraz z ulewą lub śnieżycą, którą same wywołały. Im więcej bakterii Psuedomonas syringae znajduje się na danym obszarze, tym większe jest prawdopodobieństwo intensywnych opadów.
Dotąd myślano, że jądrami kondensacji mogą być jedynie drobiny pyłów, jednak wyniki badań, które przedstawiono podczas spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Mikrobiologicznego, zmieniły pogląd na to, co tworzy opady. Przełomem okazało się zbadanie 5-centymetrowej gradziny, która spadła na teren kampusu Uniwersytetu Montany.
Grad został podzielony na cztery warstwy, które oddzielnie zbadano pod kątem występowania mikroorganizmów. Im bliżej rdzenia gradziny, tym więcej znajdowało się w niej bakterii. Najwięcej było ich w samym rdzeniu.
Badanie przeprowadzone przez naukowców z Montany to część znacznie większego projektu bioopadów, którego celem jest określenie w jaki sposób bakterie i inne mikroorganizmy mogą inicjować powstawanie opadów deszczu, śniegu i gradu, w jaki sposób zwiększać lub też zmniejszać ich intensywność. Stanowią one zupełnie nową, dotąd nie poznaną, gałąź niezwykle złożonego procesu, jakim jest cykl hydrologiczny.
Deszcz zaczyna się od śniegu
Aż 70 procent wszelkich opadów na naszej planecie zaczyna się właśnie od śniegu, a nie od deszczu. Nad Polską śnieg sypie więc nawet w samym środku lata, jednak zanim dotrze do powierzchni ziemi, spadając z wysokości kilku kilometrów, roztapia się i zmienia w krople deszczu.
Gdyby atmosfera była równie czysta, co destylowana woda, a nawet bardziej, to nie byłoby żadnego pyłku, a więc i jądra kondensacji. Krople wody nie mogłyby się ze sobą łączyć i tworzyć kryształków. Ich struktura nie ulegałaby zmianie, nawet mimo tęgiego mrozu.
W ekstremalnie czystej atmosferze, krople przechłodzonej wody, mogłyby spadać na ziemię nawet przy temperaturze minus 40 stopni. Ulegałyby zamarznięciu, tworząc pokrywę lodową, czyli gołoledź, w momencie kontaktu z jądrem kondensacji, którego rolę odgrywałaby powierzchnia ziemi. W ostatnich tygodniach przekonaliśmy się o tym, jak bardzo paraliżujące bywają deszcze przy niewielkim nawet mrozie, a co dopiero przy temperaturach rodem z Syberii.
O tym jak spektakularnie wygląda zjawisko nagłego zamarzania przechłodzonej wody, możecie się przekonać oglądając powyższy filmik. Pokazana jest krystalizacja bardzo zimnej, destylowanej wody. Tak właśnie wyglądałyby opady przechłodzonego deszczu przy minus 40 stopniach.
Źródło: TwojaPogoda.pl