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水滴變身的秘密

科學家長久以來都認定,塵埃中的黏土礦物是使水滴凝結成為冰晶的最佳凝結核種。英國里茲大學的班‧姆瑞(Ben Murray)和他的研究夥伴在一項報告中指出,一種在塵埃中占量較小,名為長石的矽酸鹽物質,在那些足以影響氣候,例如暴風氣團和層雲的雲團中,可能比黏土礦物還要更能夠催化冰的凝結
 
 
 
我們常常可以在電影及電玩作品中,看見魔力強大的法師施法使出驚天動地的暴風雪將敵人全數殲滅,但這些法師到底需要什麼,才能使空中的水滴凝結成冰晶呢?

在雲中,礦物塵埃和其它懸浮微粒催化使得水滴凝結成冰晶。科學家長久以來都認定,塵埃中的黏土礦物是使水滴凝結成為冰晶的最佳凝結核種。

英國里茲大學的班‧姆瑞(Ben Murray)和他的研究夥伴在一項報告中指出,一種在塵埃中占量較小,名為長石的矽酸鹽物質,在那些足以影響氣候,例如暴風氣團和層雲的雲團中,可能比黏土礦物還要更能夠催化冰的凝結。

冰的組成會決定雲的特質,例如其形狀大小,生命周期,降雨機率,以及其驅散輻射線能力的多寡。所以滋養雲層的催化劑對於天氣的影響力自然不在話下。科學家把形成冰的凝結核種區分成對氣候和天氣影響的模型,但是對於懸浮微粒資訊的不足,使得研究人員無法得知什麼才是最好的凝結核。

班‧姆瑞和他的同伴們在實驗室把小水滴和不同的礦物混和並將其分類,欲得知不同的組合在何溫度之下可以使得水滴的一半結冰。結果顯示,平均擁有富含鉀的長石,以及含有3%的礦物塵埃之小水滴最容易結冰,其結冰溫度為克氏溫標251K,而擁有富含鈣和鈉的長石以及8%的礦物塵埃之小水滴,在247K的溫度下結冰,含石英的則是在243k,而方解石及其他黏土礦物的塵埃則在237k。這個研究指出富含有鉀的長石,不論在大氣塵埃中或在實驗室中,都是使水結冰最好的物質,即使它們相對而言在大氣中含量較少。

卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University)的萊恩‧蘇利文(Ryan Sullivan)表示:「這個研究中的模型,粒子大小及結冰過程,都帶有許多的假設及不確定性,所以其結果的準確度並不理想,況且在之前的研究中我們發現黏土還是最好的凝結核,所以我不會因為這個份報告就認為黏土對於促成冰晶不再重要,但也不代表這份研究沒有用處,只是有待未來有更多支持此論點的研究。」(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:許益瑞|國立臺北科技大學有機高分子研究所
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