造云的岩石

云是悬浮在空气中的微小水滴和冰晶的集合体。虽然水滴和冰晶都是水,但变成地球降雨的主要是云里的冰晶。水滴的表面张力大,很难变大继而从云中掉出,即便掉出云层,也会迅速蒸发,变成水蒸气,重新回到云中。冰晶相对来说更容易逃出云层,落到地面,形成降水。因此,冰晶的多寡在很大程度上影响着云的性质,进而间接影响地球的降水甚至能量平衡。

理论上,冰晶的形成有两种途径:一是水滴直接形成冰晶;二是水蒸气或水滴在冰核颗粒物的诱导下形成冰晶。第一种情况需要在温度低于-38℃时才能发生,这在实际的大气中很难达到,因此冰晶一般通过第二种途径形成。

空气中漂浮的矿质颗粒物、细菌甚至花粉等都是冰核活性非常强的冰核颗粒物,其中,矿质颗粒物是最重要的,钾长石则是颇具代表性的一种。长石族矿物广泛产出于各种岩石中,是地壳中含量最高的矿物,约占地壳总质量的50%。所谓钾长石,就是富含钾的长石。

目前,科学家还无法完备阐述钾长石诱导冰晶形成的微观原因,它太复杂了——与钾长石的表面形态、晶格结构、表面官能团等似乎都有联系。例如,我国科学家发现,云中的一种重要物质——有机胺离子可与钾长石表面的钾离子进行离子交换,让钾长石表面露出更多容易形成氢键的点位,从而拉拢周围的水分子,促进冰晶形成。

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