Как йодид серебра вызывает дождь

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Расстрелять тучи, чтобы пролился дождь, град или выпал снег, — технология известная и широко применяемая сегодня. И мы знаем, что по тучам стреляют йодидом серебра (AgI). Это называют облачными прививками, закачкой облаков или засевом облаков. Но почему из всего многообразия солей выбрали именно эту, экзотическую?

Известно, что для гомогенного зарождения льда в чистой воде требуется температура до −38°C, а йодид серебра (AgI) может вызвать образование льда уже при −4°C. Эту легкость в образовании зародышей льда ученые объясняют почти идеальным совпадением кристаллических решеток между базальными плоскостями AgI и гексагонального льда.

Однако что же происходит при контакте кристаллов йодида серебра с водяным паром? Ответ на этот вопрос нашли исследователи из Венского технического университета (Science Advances). До сих пор было известно, что йодид серебра образует гексагональные структуры с той же шестиугольной симметрией, что и у снежинок. Кроме того, расстояния между атомами аналогичны расстояниям в кристаллах льда.

Долгое время считали, что это и объясняет быструю кристаллизацию льда при встрече кристаллов AgI с холодным водяным паром. Однако более тщательное изучение показывает, что этот механизм гораздо сложнее.

Чтобы отследить этот механизм, исследователи провели эксперименты в сверхвысоком вакууме и при очень низких температурах. Они расщепили кристаллы йодида серебра и с помощью атомно-силовой микроскопии высокого разрешения наблюдали, как вода конденсируется на этих свежесозданных поверхностях. Как обнаружили исследователи, две стороны распавшегося кристалла различны: одна сторона богата ионами серебра на краю разрушения, а другая — ионами йода, и они перестраиваются совершенно по-разному.

Сторона, богатая серебром, сохраняет гексагональную форму, которая образует идеальный шаблон для роста слоя льда. Именно здесь слой за слоем накапливаются кристаллы льда. А сторона, богатая йодом, образует прямоугольную структуру, которая больше не соответствует шестиугольной симметрии льда. Вместо однородных слоев здесь в лучшем случае иногда образуются трехмерные островки конденсированной воды.

Так исследователи доказали, что в процессе образования льда на поверхности кристаллов йодида серебра ключевой момент — это расположение атомов на поверхности кристаллов AgI, эффект, который до сих пор полностью игнорировали.

Компьютерное моделирование подтверждает выводы. Ученые полагают, что результаты их исследования помогут создавать новые материалы для облачных прививок.