Облака кажутся настолько естественной частью неба, что мало кто задается вопросом, как именно они появляются. Между тем за каждым белым клочком над горизонтом стоит сложнейший процесс, в котором участвуют невидимые частицы, перепады температур и огромные массы воздуха, непрерывно движущиеся в атмосфере.
Содержимое
Два ингредиента
Для образования облака необходимы всего два компонента: водяной пар и ядра конденсации. Водяной пар присутствует в атмосфере постоянно — даже когда небо абсолютно чистое. Он поступает в воздух за счет испарения с поверхности океанов, озер, рек и почвы. Однако водяной пар не превращается в капли сам по себе. Для конденсации ему нужна поверхность, на которой молекулы воды начнут оседать.
Такую поверхность предоставляют микроскопические частицы и аэрозоли, постоянно присутствующие в атмосфере, — ядра конденсации. Это пылинки, кристаллы морской соли, вулканический пепел, частицы дыма и даже пыльца растений. Размер таких ядер часто составляет всего доли микрометра. Но именно на этих ничтожных частицах рождается каждое облако, которое мы видим.
Подъем и охлаждение
Сам по себе водяной пар, даже при наличии ядер конденсации, не образует облако без определенных условий. Ключевую роль играет вертикальное движение воздуха. Солнце нагревает земную поверхность, а она передает тепло воздуху над собой. Теплый воздух легче и менее плотный, чем окружающий его более холодный воздух, поэтому он начинает подниматься. По мере подъема давление падает, воздушная масса расширяется и охлаждается — примерно на 6-10 градусов Цельсия на каждый километр высоты.
Когда температура воздуха опускается до точки росы — порога, при котором воздух становится полностью насыщенным водяным паром, — начинается конденсация. Молекулы воды оседают на ядрах конденсации, и в воздухе появляются мельчайшие капельки диаметром около 20 микрометров. Миллиарды таких капель создают видимое облако.
Типы облаков по высоте
Высота, на которой воздух достигает точки росы, определяет тип облака. Высокие облака, такие как перистые, формируются на высоте более пяти километров, где температура настолько низкая, что облако состоит не из капель, а из ледяных кристаллов. Средние облака — высококучевые и высокослоистые — образуются на высоте от двух до семи километров и могут содержать как воду, так и лед. Низкие облака — кучевые и слоистые — формируются ниже двух километров и состоят преимущественно из водяных капель. Именно пушистые кучевые облака обычно появляются в теплую солнечную погоду, когда земля активно нагревается и создает мощные восходящие потоки.
Почему облака не падают
Облачные капли ничтожно малы и практически невесомы — их удерживают восходящие потоки воздуха. Пока воздух продолжает подниматься, облако существует. Когда восходящие потоки ослабевают или облако перемещается в зону нисходящего движения воздуха, капли начинают испаряться, и облако рассеивается. Если же капли успевают объединиться и вырасти примерно до двух миллиметров, они становятся слишком тяжелыми для воздушных потоков и выпадают в виде дождя, снега или града.
Часто задаваемые вопросы
Могут ли облака формироваться без ядер конденсации?
В атмосфере Земли — нет. Чтобы водяной пар превратился в облачные капли, ему нужны ядра конденсации: пыль, морская соль, дым, пыльца и другие микроскопические частицы. Именно на них молекулы воды начинают оседать и собираться в капли.
Без таких частиц каплям было бы крайне трудно зародиться: для этого потребовались бы условия сильного пересыщения водяным паром, которые в обычной атмосфере не возникают.
Сколько весит облако?
Среднее кучевое облако содержит около 500 тонн воды, распределенной по миллиардам мельчайших капель. Несмотря на такую массу, каждая отдельная капля настолько мала, что сила сопротивления воздуха и восходящие потоки не позволяют ей упасть. Облако выглядит невесомым, хотя в действительности содержит столько воды, сколько хватило бы для наполнения нескольких бассейнов.
Можно ли создать облако искусственно?
Да, и это широко практикуется. Технология засева облаков используется с середины XX века. В атмосферу распыляют ядра конденсации — чаще всего йодид серебра, частицы которого по структуре напоминают ледяные кристаллы. Это стимулирует конденсацию водяного пара и может увеличить количество осадков из уже существующих облаков. Несколько стран применяют засев для борьбы с засухой и для управления погодными условиями перед крупными мероприятиями.
Читайте также: Полярные мезосферные облака Земли.
