云的核心是冰晶。而且，在冰晶的核心通常是气溶胶颗粒-大气中的灰尘比起露天的灰尘更容易形成冰。
然而，这是如何发生的却有些神秘，因为冰晶是分子的有序结构，而气溶胶通常是杂乱无章的大块。杰出的化学教授瓦莱里亚·莫利内罗(Valeria Molinero)和现位于印度巴特那技术学院的阿塔努·K·梅蒂亚(Atanu K. Metya)的最新研究表明，气溶胶的常见成分有机分子晶体如何完成这项工作。
然而，故事的意义远不止于此-它是对冷战时期云种子研究的一次回顾，它是对一种特殊记忆效应的调查，这种记忆效应第二次使这些晶体更容易形成冰。
这项由空军科研办公室资助的研究成果发表在《美国化学学会杂志》上。
退回云播种
Molinero的研究专注于冰的形成方式，尤其是成核过程，这是冰晶形成的开始。在适当的条件下，水分子可以自行使冰成核。但是，通常有一些其他材料(称为核清洁剂)可以帮助完成该过程。
在对蛋白质有助于形成冰的方式进行了几项研究之后，Molinero和Metya将注意力转向了有机冰成核剂(此处使用的“有机”是指含有碳的有机化合物)，因为它们类似于产生冰的蛋白质并被发现。在空气中的气溶胶中。
但是，对科学文献的回顾发现，讨论有机化合物制冰成核的论文来自1950年代和1960年代，此后直到最近才进行了很少的后续工作。
“这让我感到非常好奇，”莫林内罗说，“因为现在人们对有机气溶胶及其是否以及如何促进云中冰的形成形成了浓厚的兴趣，但是所有这些新文献似乎都与这些早期的有机有机基础研究脱节了。冰成核剂。”
进一步的研究表明，有机冰成核剂的早期工作与云播种的研究有关，这是战后研究如何将颗粒(主要是碘化银)引入大气以促进云的形成和沉淀的研究。科学家探索了作为冰核剂的有机化合物的特性，以了解它们是否可能成为碘化银的经济有效替代品。
但是在政治压力和对天气变化的担忧导致禁止在战争中进行演习之后，1970年代的云播种研究崩溃了。直到最近，对有机冰核剂的资金和兴趣都枯竭了，当时气候研究激发了人们对大气中冰形成化学的新兴趣。
Molinero说：“在过去的几年中，人们越来越关注有机气溶胶对冰的成核作用，但与这些对有机晶体的古老研究没有联系。” “所以，我认为是时候将它们“拯救”到现代文学中了。”
走向经典
间苯三酚是在中间20所研究的有机成核剂的一个个世纪。它显示出控制雾的希望，但减少了云播种的希望。Molinero和Metya重新研究了间苯三酚，因为它在实验室的冰核中被证明是有效的。
一个要回答的问题是间苯三酚是通过经典过程还是非经典过程使冰成核。当冰自身成核时，没有任何表面或其他分子，唯一要克服的障碍是形成稳定的冰微晶(在某些条件下，其大小只有大约500个分子)，其他分子可以在上面形成冰晶。那是经典的成核。
当一层水分子聚集在表面上，其他水分子可以组织成晶格时，就会发生涉及核清洁表面的非经典形核。在非经典形核中要克服的障碍是单层的形成。
间苯三酚适用于哪一种?在1960年代，研究人员LF Evans得出结论认为这是非经典的。“我仍然很惊讶他能够推断出单分子层的存在，并从冷冻实验中仅凭温度来推断这种机理是不经典的!” 莫林尼(Molinero)说。但是Molinero和Metya使用分子模拟冰的形成方法，发现它更加复杂。
Molinero说：“我们发现真正决定水是否转变为冰的步骤不是单层的形成，而是顶部冰晶的生长。” “这使有机物的制冰成为经典，尽管同样引人入胜。”
坚持冰的回忆
研究人员还使用他们的模拟方法研究了以前在有机和其他成核剂中观察到的有趣的记忆效应。当使用这些成核剂形成，融化并再次形成冰时，第二轮结晶比第一轮更有效。假定冰在结晶之间完全融化，研究人员提出了几种可能的解释。
Molinero和Metya发现，记忆效应不是由于冰改变了Nucleant表面，也不是由于融化后单层水持续存在于Nucleant表面。取而代之的是，他们的模拟支持了一种解释，即核清洁液中的缝隙可以保留少量冰，而冰的融化温度高于实验中其余冰块的融化温度。如果这些缝隙与易于形成冰块的核晶表面之一相邻，那么在第二轮冷冻开始时，它就进入了比赛。
空气中的东西
其他谜团仍然存在-二十世纪中叶对有机晶体的研究发现，在高压下(大约是大气压力的1500倍)，晶体在将水分子组织成冰方面与冰晶体本身一样有效。为什么?这就是Molinero下一个实验的重点。
不过，间苯三酚是大气中天然存在的化合物，因此研究人员可以从中了解到的任何信息以及其他有机成核剂都可以帮助解释气溶胶使冰成核，调节云层和降水形成的能力。
Molinero说：“研究这些结晶冰成核剂的小微晶是否负责否则为非晶态有机气溶胶的令人困惑的冰成核能力是很重要的。”