Особенности микроволновых характеристик ледяных частиц в атмосфере

Считается, что атмосферные ледяные частицы (снежинки, кристаллы разнообразных форм) состоят преимущественно из гексагонального льда Ih. В последнее десятилетие было установлено, что атмосферный лед обычно состоит из смеси льдов Ih и Ic. Такой лед назвали льдом с нарушением укладки (stacking disordered ice) или штабелированным льдом Isd [1]. Из-за нестабильности льда Ic штабелированный лед быстро рекристаллизуется в лед Ih при температурах выше 20°C. Можно предположить, что лед Isd должен иметь несколько иные микроволновые и оптические характеристики, что теоретически можно использовать для изучения газовых сред при зондировании атмосферы.
Однако характеристики природного льда Isd могут существенно отличаться от представлений простой модели для смеси двух льдов. В последние годы была открыта переходная модификация льда, образующаяся из переохлажденной воды при температурах ниже 23°C. Теоретически она предсказана в 2014 г. в работах [2,3]. Экспериментально этот лед, названный льдом 0, был обнаружен в 2020 г. в [4] при осаждении пленок на поверхность различных диэлектриков. По-видимому, лед 0 также может образовываться в составе штабелированного льда при температурах ниже 23°C. В этом случае микроволновые свойства малых частиц из льда Isd коренным образом изменяются. Это связано с образованием на контакте льда 0 и диэлектрика сильно проводящего слоя нанометровой толщины. Такой проводящий слой создает резонансы поверхностных плазмонных колебаний с сильно рассеивающими и поглощающими электромагнитное излучение характеристиками [5].
Подтверждением данной особенности может являться известное сильное рассеяние солнечного теплового излучения в видимом диапазоне мезосферными серебристыми облаками, что экспериментально начали изучать в [6]. Ранее, например, в [7] было обнаружено отражение радарных сигналов на частотах мегагерцового диапазона от этих облаков. Другое доказательство существование льда 0 получено из наших измерений диэлектрической проницаемости града в сантиметровом диапазоне, а также из измерений островковых пленок, осажденных из водяного пара на холодную поверхность образца из льда Ih.
Таким образом, весьма вероятно, что лед Isd при низких температурах состоит из смеси трех модификаций льда: Ih, Ic, 0. Исследование их микроволновых характеристик позволит более эффективно определять параметры атмосферы.