Перламутровые облака в атмосфере¶

Перламутровые облака — редкое атмосферное оптическое явление, представляющее собой тонкие облачные образования, расположенные в верхней стратосфере на высотах примерно 15–25 км (иногда до 30 км) над поверхностью Земли. Характерная особенность этих облаков — яркая радужная, или иризирующая, окраска: они переливаются розовыми, золотистыми, зелёными, голубыми и фиолетовыми оттенками. В научной литературе их также называют полярными стратосферными облаками (Polar Stratospheric Clouds, PSC). Наблюдаются преимущественно в высоких широтах — в полярных и приполярных регионах, чаще всего зимой.

¶Физическая природа

Перламутровые облака формируются в стратосфере, где атмосфера крайне разрежена, а температура очень низкая. Для их образования необходимы температуры ниже примерно −78 °C. При таких условиях в стратосфере образуются кристаллы льда, а также частицы азотной и серной кислоты, которые конденсируются на ядрах (например, на частицах метеорной пыли или сульфатных аэрозолях).

Существует два основных типа этих облаков по фазовому составу и условиям образования:

• Тип I — образуются при температурах около −78…−85 °C и состоят из частиц азотнокислых соединений (например, тригидрата азотной кислоты). Они подразделяются на подтипы Ia и Ib в зависимости от размера и формы частиц.
• Тип II — формируются при ещё более низких температурах (ниже −85 °C) и представляют собой кристаллы водяного льда. Именно они дают наиболее яркую иризацию.

Радужное свечение возникает в результате дифракции и интерференции солнечного света на мелких кристаллах и каплях, размеры которых сопоставимы с длиной волны видимого света. Поскольку облака освещаются солнцем, когда оно уже за горизонтом (а сама поверхность Земли находится в тени), они кажутся светящимися на фоне тёмного неба.

¶Условия наблюдения

Перламутровые облака видны в сумерках — перед восходом или после заката солнца. В это время нижние слои атмосферы и поверхность Земли затемнены, а стратосферные облака ещё (или уже) освещены прямыми солнечными лучами. Это создаёт эффект «свечения изнутри».

Наиболее благоприятные условия для наблюдения:

• высокие широты (выше 50–60° северной и южной широты);
• зимний период, когда стратосфера наиболее холодная;
• гористая местность, где наблюдатель находится выше и видит больше неба.

В Северном полушарии явление регулярно фиксируют в Скандинавии, на севере России (Мурманская область, Архангельская область, Ямал, Якутия), в Исландии, на Аляске, в Канаде. В Южном полушарии — над Антарктидой.

¶История изучения

Первые документальные описания перламутровых облаков относятся к XIX веку. В 1885 году после извержения вулкана Кракатау наблюдались яркие закатные явления, привлёкшие внимание учёных к высотным облакам. Систематическое изучение началось в XX веке.

Значительный вклад внесли советские исследователи. В 1950-х годах сотрудник Института физики атмосферы АН СССР Николай Александрович Зайцев провёл наблюдения и описал структуру этих облаков. В 1959 году советский учёный Г. В. Розенберг выполнил спектральные измерения перламутровых облаков, установив их оптические свойства. Большой объём данных был получен советскими и российскими учёными в Антарктиде на станциях «Восток» и «Мирный», где стратосферные облака наблюдаются особенно часто.

¶Связь с озоновым слоем

Перламутровые облака играют важную роль в химии стратосферы. На поверхности их частиц протекают гетерогенные реакции, которые превращают относительно инертные соединения хлора в активные формы, разрушающие озон. Именно поэтому области образования полярных стратосферных облаков совпадают с зонами весеннего истощения озонового слоя над Антарктидой (так называемой озоновой дырой). Изучение этих облаков важно для понимания процессов разрушения озона.

¶Отличия от других явлений

Перламутровые облака не следует путать с серебристыми облаками, которые расположены значительно выше — в мезосфере (около 80 км) — и наблюдаются летом. Также их отличают от гало, радуги и венцов, которые возникают в тропосферных облаках на меньших высотах. Перламутровые облака уникальны именно сочетанием большой высоты, стратосферного расположения и яркой иризации.

¶Значение и наблюдения

Явление представляет интерес как для атмосферной оптики, так и для климатологии. Перламутровые облака — индикатор крайне низких температур стратосферы и важный объект мониторинга при оценке состояния озонового слоя. Для любителей астрономии и фотографов они ценны как редкое и зрелищное зрелище, однако предсказать их появление заранее сложно из-за зависимости от конкретных метеорологических условий.

Источники: Зайцев Н. А. (наблюдения стратосферных облаков); Розенберг Г. В. (оптические исследования атмосферы); материалы Института физики атмосферы; данные антарктических станций «Восток» и «Мирный»; обзоры по атмосферной оптике и химии стратосферы.