211service.com
Fysikere løser skyformationspuslespil
En af de største udfordringer i atmosfærisk fysik er at forklare, hvordan skyer dannes.
Fysikere kender selvfølgelig det grundlæggende: at ved en bestemt temperatur og tryk kondenserer vanddamp til dråber, som kombineres og danner regndråber, der er tunge nok til at falde til Jorden.
Djævelen er i detaljen. Denne proces med dråbesammenlægning sker nogle gange så hurtigt, at den trodser forklaringen. De fleste mennesker vil have set skyer dannes i løbet af få minutter, og regnen dukker op næsten fra ingenting.
Forskere har endda målt denne proces. De ser almindeligvis dråber med en diameter på 15 mikrometer – for små til regn – vokse til 50 mikrometer eller mere på mindre end en halv time. Det er stort nok til at udløse et regnskyl.
Spørgsmålet er, hvordan denne vækst opstår. Ingen standardmodeller for dråbedannelse kan forklare det ((i hvert fald i fravær af isdannelse). Men i dag har vi en løsning takket være arbejdet udført af Vassilios Dallas og Christos Vassilicos ved Imperial College, London.
Kernen i dette problem er en mængde kaldet Stokes-tallet, efter den irske matematiker, George Stokes, som opfandt det i det 19. århundrede. Stokes-tallet er en dimensionsløs størrelse relateret til inerti, der beskriver, hvordan vanddråber slår sammen i en gasstrøm. Det er enormt følsomt over for den skala, hvor disse kollisioner opstår.Når Stokes-tallet er lille, følger en dråbe gasstrømmen, når den bevæger sig rundt om en anden dråbe, og derfor støder de sjældent sammen. Når antallet er stort, har dråberne større inerti og kan derfor ikke undgå at banke ind i hinanden.
Her er problemet. Før der dannes skyer, er dråberne små, og Stokes-tallet er lille. Derfor støder dråberne sjældent sammen. Efter at der er dannet skyer, er dråberne store, og Stokes-tallet er enormt, hvilket betyder, at partiklerne let kombineres og skaber regn. Men hvordan sker denne overgang?
Der er et hønse- og ægproblem her. Dråberne kan ikke vokse hurtigt, medmindre Stokes-tallet er stort, men Stokes-tallet kan ikke være stort, medmindre dråberne er store.
Det gennembrud, som Dallas og Vassilicos har lavet, er at vise, hvordan turbulens ændrer dette forhold. De siger, at turbulens forekommer over et stort udvalg af skalaer, inklusive mikrometerskalaen, hvor dråber dannes. Virkningen af denne turbulens er at skabe store variationer i Stokes-tallet på mikrometerskalaen. Dette, siger de, er det, der får de små dråber til at støde sammen oftere.
Grundlæggende siger Dallas og Vassilicos, at turbulens i mikrometerskala fremskynder skydannelse og udløser regnbyger.
Det er et interessant, men ikke helt uventet resultat, der burde føre til bedre vejrudsigter. Måske mere markant, det kan også have stor indflydelse på klimamodellerne. Skyer har en stor effekt på mængden af lys, som Jorden reflekterer tilbage i rummet. Det er vigtigt at være i stand til bedre at beregne, hvornår de dannes.
Og det lukker et pinligt hul i vores forståelse af et af de mest basale atmosfæriske fænomener.
Ref: arxiv.org/abs/1012.0578 : Indledning af regn i varme skyer