Градины образуются во время гроз, когда капли дождя попадают в очень холодные части облака, где они замерзают. Как только частицы становятся достаточно тяжелыми, гравитация тянет их обратно к Земле. Падая, они превращаются в градины, которые могут нанести вред людям и нанести значительный ущерб домам и автомобилям.

Ученые изучали, как растут градины, с 1960-х годов, но это означало, что они разрушались в процессе. Чтобы лучше понять анатомию и рост градин, исследователи в Каталонии использовали компьютерную томографию (КТ) для изучения гигантских градин, которые обрушились на северо-восток Пиренейского полуострова во время исключительно сильной грозы летом 2022 года.

«Мы показываем, что метод КТ-сканирования позволяет наблюдать внутреннюю структуру градин, не разрушая образцы», — говорит Карме Фарнелл Барке, научный сотрудник Метеорологической службы Каталонии и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Environmental Science.

«Впервые у нас есть возможность непосредственного наблюдения за всей внутренней структурой градин, что может дать подсказки для улучшения прогнозирования градообразования».

Охотники за штормами

После того, как 30 августа 2022 года шторм обрушился на Каталонию, исследователи отследили путь шторма с помощью местных очевидцев и собрали градины у наблюдателей, которые сохранили их в своих морозильниках. Некоторые из камней достигали 12 см в диаметре.

Вернувшись в лабораторию, три случайно выбранные градины были просканированы с использованием оборудования стоматологической клиники.

«Мы хотели использовать метод, который даст больше информации о внутренних слоях градин, но не разрушит образцы», — сказал старший автор профессор Хавьер Убеда, научный сотрудник Барселонского университета. «Мы не ожидали получить настолько четкие изображения, какие получили».

С помощью компьютерной томографии — технологии, которая использует вращающийся рентгеновский аппарат для создания трехмерных изображений — исследователи многое узнали о внешней и внутренней структуре градин. 512 изображений, известных как «срезы», каждой градины показали расположение ядра и различных слоев.

«КТ-сканирование предоставляет информацию, связанную с плотностью, что позволяет нам идентифицировать различные слои камней, связанные с стадиями роста града. Они также помогают нам понять процессы, которые способствовали его образованию», — пояснил соавтор профессор Хавьер Мартин-Виде, исследователь из Университета Барселоны.

Анатомия градины

Исследователи обнаружили, что оси и плоскости могут быть нерегулярными внутри, даже когда снаружи камни выглядят как почти идеальные сферы. Кроме того, ядра камней не были расположены в центрах, особенно в сферических камнях.

«Мы показываем, что эмбрион может располагаться далеко от центра. Этот факт подразумевает, что камни могут расти неоднородно в трех направлениях», — отметил соавтор исследования доктор Томеу Риго Рибас из Метеорологической службы Каталонии.

Они также обнаружили, что разные слои имели разную плотность, а два образца имели более толстые части, что указывает на то, что это была сторона камня, обращенная вниз, когда он падал.

Эти взгляды на внутреннюю часть градин опровергли предыдущие предположения. «До сих пор считалось, что очень крупные градины могут иметь только неправильную форму. Однако мы заметили, что внешняя и внутренняя формы могут различаться», — сказал Фарнелл Барке.

«В одном случае мы продемонстрировали, что образец демонстрировал неоднородный рост, но имел правильную внешнюю форму. Наоборот, камни с неправильной внешней формой демонстрировали однородный рост».

Однако проведение КТ-сканирования обходится дорого, а некоторые из полученных изображений показывают аномалии, которые им еще предстоит понять, говорят исследователи. Поскольку в будущем ожидается больше случаев выпадения гигантского града с более серьезными последствиями для экономики и людей, они считают, что их работа может предоставить новую информацию, которая может помочь смягчить ущерб обществу.