Облака (видимые собрания мелких частиц или льда, взвешенных в атмосфере), и в их числе мелкие атмосферные частицы — аэрозоли, являются одними из наиболее очевидных и важных факторов, воздействующих на земной климат, но в то же время и одними из самых переменных его компонентов. Облака обладают способностью влиять как на приходящие к Земле, так и на уходящие с ее поверхности потоки энергии. С одной стороны, облака отражают поступающее солнечное излучение (это ведет к охлаждению климата), а с другой — помогают удерживать энергию, которую Земля могла бы излучить в космическое пространство (вносят вклад в парниковый эффект). Помимо этого, облака играют ключевую роль в водном цикле Земли.
Для формирования облаков необходимо присутствие водяного пара и аэрозолей, которые в изобилии присутствуют в атмосфере Земли. Водяной пар, или вода в своем газовом состоянии, доставляется с поверхности в атмосферу благодаря испарению (процесс, помогающий воде испаряться из крошечных отверстий на листьях растений в процессе их дыхания).
Энергия, забираемая от поверхности Земли испаряющейся водой, называется скрытым теплом, оно освобождается, когда водяной пар при образовании облаков снова превращается в капельки воды. Это явление — один из способов, которым земная поверхность передает в атмосферу излишки тепла, полученного от Солнца. Незначительные, казалось бы, изменения в облачном покрытии на самом деле оказывают немалое влияние на баланс всей земной энергии, поэтому так важно понять и принцип глобального распределения облаков, и его связь как с региональным, так и с глобальным климатом.
Свойства облаков теснейшим образом связаны с аэрозолями. Некоторые из них возникают естественным образом — из проснувшихся вулканов, пылевых штормов, лесных и степных пожаров, живущей растительности и даже морских брызг. Увеличению аэрозолей способствуют также сжигание природного топлива и изменение природных покрытий земной поверхности.
Удаляются же аэрозоли из атмосферы облачными и осадочными процессами. Так как большая часть аэрозолей отражает свет обратно в пространство, они имеют «прямой» охлаждающий эффект, вызывая ослабление солнечного излучения, достигающего земной поверхности. Величина этого охлаждения зависит от размеров и состава аэрозольных частиц, а также от отражательных свойств нижележащей поверхности. Предполагается, что в какой-то мере аэрозольное охлаждение можно противопоставить предполагаемому глобальному потеплению. Кроме того, аэрозоли могут хоть и «не прямо», но все же влиять на климат, изменяя свойства облаков.
Действительно, если бы в атмосфере не было аэрозолей, то не было бы и облаков — облачные капли без наличия малых аэрозольных частиц, действующих подобно «зернам», формирующим их, не могли бы возникнуть.
Когда концентрация аэрозоля в пределах облака увеличивается, вода в нем распределяется на много большее число частиц (общее количество сконденсированной воды в облаке практически неизмененно), и «средняя капля» становится меньше. Облака с малыми каплями сильнее отражают солнечный свет и «держатся» дольше, так как требуется больше времени для того, чтобы маленькие капли объединились в достаточно большие и выпали на землю в виде осадков. Такие облака увеличивают количество солнечного света, отраженного в пространство, — до 90% видимого излучения отражается назад в пространство, не достигая поверхности Земли.
Облака с низкой аэрозольной концентрацией и достаточно крупными каплями воды плохо рассеивают свет и позволяют большему количеству солнечного света пройти сквозь них и достичь поверхности. Аэрозоли также находятся в стратосфере (часть атмосферы над тропосферой). Так как в стратосфере не бывает дождей, то аэрозоли могут оставаться здесь по многу месяцев, уменьшая поток приходящего солнечного излучения.
Возможно, что именно они вызывают падение летних температур ниже нормальных. Поэтому крайне важно понять, каким образом аэрозоли влияют на региональный и глобальный климат, определить относительное влияние на него как естественных, так и созданных человеком аэрозолей, а также выяснить, в каких регионах планеты количество аэрозолей увеличивается, в каких уменьшается, а в каких остается относительно постоянным.
