基本介紹
- 中文名：凝華核
- 外文名：deposition nucleus
- 曾用名：升華核
- 所屬學科：氣象學
- 提出者：阿爾弗雷德·魏格納
- 提出時間：1911年
背景,理論基礎,種類,
背景
1911年，德國氣象學家、地球物理學家阿爾弗雷德·魏格納（Alfred Lothar Wegener） 首次提出“升華”（sublimation）和“升華核”（sublimation nucleus）的氣象學概念。魏格納所說的“升華”和現在的氣象學中的“凝華”是同一意思，同樣地，他所說的“升華核”指的就是“凝華核”。“升華”和“升華核”在當時的氣象學界得到了廣泛使用，然而在物理學中，升華和凝華是完全相反的概念，所以“用升華表示凝華”這種做法也逐漸被氣象學界拋棄，“升華核”這個名詞也一樣被拋棄了。如今，氣象學界已經沒有人使用“升華核”這個詞了。
理論基礎
理論上，在大氣層中，冰晶的形成有三種過程：異質凍結（heterogeneous freezing）；自發凍結（spontaneous freezing），或叫均質凍結（homogeneous freezing）；異質凝華（heterogeneous deposition）。凍結是指大氣中的小水滴轉變為冰晶的過程；凝華則是在零攝氏度以下時，大氣中的水蒸氣不形成液態水而直接轉變為冰晶的過程。自發凝華（spontaneous deposition），或叫均質凝華（homogeneous deposition），指的是大氣中的水蒸氣不藉助任何粒子幫助的情況下升華成冰晶。自然條件下，自發凝華不會出現在大氣層中。而異質凝華指的就是在有凝華核的情況下，大氣中的水蒸氣聚集在凝華核上形成冰晶。理論上，異質凝華是可以出現在大氣中的，但是一直沒有實驗證據支持這個理論。
決定異質凝華能否出現的主要因素有兩個：氣溶膠粒子的大小和晶體結構。開爾文效應（Kelvin effect）決定了這樣一個事實：如果氣溶膠粒子太小，那么粒子表面的曲率就會很大，那么水蒸氣很難在其上凝結或凝華。能夠成為凝結核或凝華核的粒子的半徑通常在 0.1 μm 以上。而且，粒子的形狀也會影響其凝結或凝華能力——凹面比凸面更容易凝結或凝華，在凸面中，曲率越小越容易凝結或凝華。氣溶膠粒子的化學結構是另一個重要因素：粒子的晶格結構和凍的晶格結構越相似，這種粒子就越有可能成為凝華核。水蒸氣能夠在凝華核上凝華，依靠的是凝華核與水分子之間的靜電吸引力。當氣溶膠粒子的晶格排布和冰晶足夠相似時，水分子才能依附於該粒子表面而形成冰晶。由於化學結構的限制，氣溶膠粒子成為凝華核要比成為凝結核難得多。儘管大氣中存在很多不同種類的氣溶膠粒子，卻只有一小部分能成為凝華核。
另外，通常在溫度低於 -20 ℃ 時，凝華核才能充分發揮凝華能力。
種類
由來源分類，凝華核可分為人造類和天然類兩類：人造的有家庭生活和工業生產中排放的顆粒物，天然的包括森林大火產生的灰燼、火山爆發時噴出的硫酸鹽顆粒、海浪擊打海水產生的鹽霧、風吹沙漠揚起的細小礦物顆粒等等。
