云如何成雨是个谜  图片来源：Jack Dykinga/naturep.com/Alamy

过冷水结冰后不久，一种奇怪的泉水般冰随即诞生。研究人员首次观察到这一过程，这可能有助于解释含有数百万过冷水滴的云如何产生降雨并影响地球气候。

云由许多温度低于零的微小水滴组成，后者在被冰颗粒穿透前可以以液体形式存在，这引发了一系列复杂又鲜为人知的冷冻状态。

这些不同状态的长度和频率对于模拟云如何在大气中产生降雨和反射光线的模型至关重要，但这个过程发生得很快，因此很难研究。

美国新泽西州纽瓦克罗格斯大学的Claudiu Stan和同事们发现了一种在过冷水滴内部形成的冰，它在不同的点被压缩和拉伸，就像运动的弹簧一样，这发生在其第一次结冰几微秒后。“这对我们来说非常出乎意料的，”Stan说。“我们花了一段时间才明白。”

为了捕捉这种冰和整个冷冻过程，Stan团队在真空中滴下了一股水，将其冷却到负39摄氏度左右。然后，他们使用显微镜和X射线对数万个这样的液滴进行成像。尽管在每个液滴冷冻的特定阶段只能捕捉一张图像，他们可以通过观察许多液滴来绘制整个过程，这有点像观看动画书。

研究人员发现，每一滴水都会变成一个雪泥球。从外部向内完全冻结之前，冰的网络会渗透到液态水中。这会增加内部压力，直到液滴破碎或喷出水，这两种情况都会产生冰粒，使其他液滴结冰。Stan说，这一点以及形成的冰的种类，可能会更好地解释这些液滴是如何以及何时在变成雨的云中形成冰的，尽管过的实验室环境差异导致无法直接应用结果。

英国剑桥大学的Stephen Cox说，发现这种应变冰不符合目前对分子水平的理解。“从气候科学到食品技术，试图了解冰形成的分子机制在许多领域都很重要。这项研究表明，我们还有很长的路要走，我希望它能激发这一领域的大量新研究。”

研究人员在8月16日出版的《自然》上发表了这一研究成果。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06283-2