Chmury zawsze były przedmiotem badań ludzi. Na pewno zastanawialiśmy się, kiedy byliśmy młodsi z czego są zrobione chmury?. Zawsze wydawała nam się jak bawełniane chmurki o puszystym wyglądzie. Jednak tak nie jest.
W tym artykule opowiemy, z czego zbudowane są chmury, jakie są cechy i jak powstają.
Z czego są zrobione chmury
W uproszczeniu można powiedzieć, że chmura to masa kropelek wody, kryształków lodu lub obu, zawieszone w atmosferze i powstające w wyniku kondensacji pary wodnej w atmosferze. Chmury występują w wielu odmianach i można je odróżnić po kształcie i wysokości.
Tworzenie się chmur wymaga trzech składników: pary wodnej w atmosferze, cząstek, które umożliwiają jej kondensację oraz niskich temperatur. Atmosfera składa się z różnych gazów, w tym pary wodnej z parowania wody, transpiracja roślin i sublimacja lodowcowa. Ale ta zawieszona para nie może sama tworzyć chmur. Aby para wodna uległa aglutynacji, potrzebuje „jądra kondensacji” lub „aerozolu”, który po prostu odpowiada cząstce o właściwościach higroskopijnych (wysokie powinowactwo do wody), co pozwala na grupowanie cząsteczek pary wodnej i ich późniejszą kondensację.
Te potencjalne jądra są obfite w atmosferę i zawierają kurz, pyłki, ziarna soli z oceanu i załamujące się fale, i popiół z erupcji wulkanów lub pożarów. Po znalezieniu tych dwóch składników konieczne są dalsze kroki, aby stać się chmurą. Jądra pary wodnej i kondensacji muszą napotkać niższe temperatury, aby osiągnąć punkt rosy, czyli temperaturę, w której cząsteczki pary wodnej przekształcą się w kropelki wody w stanie ciekłym.
Jednym ze sposobów schłodzenia masy powietrza jest wymuszanie jej konwekcją. Konwekcja zachodzi, gdy Słońce ogrzewa powierzchnię Ziemi, a następnie przenosi część tego ciepła do najbliższej masy powietrza. Ta masa gorącego powietrza będzie mniej gęsta niż otaczające powietrze, więc będzie się łatwo unosić dzięki wyporowi, który odpowiada sile wywieranej w górę przez mniej gęsty płyn.
szkolenie
Poruszająca się poziomo masa powietrza (jak we froncie zimnym) może również zostać zmuszona do nagrzania, gdy napotka po drodze szczyt góry lub inną, chłodniejszą masę powietrza. W obu przypadkach, poziomo poruszająca się masa powietrza zostanie zmuszona do uniesienia się i szybkiego osiągnięcia punktu rosy, wytwarzając chmury i, jeśli warunki są odpowiednie, deszcz.
Gdy masa powietrza uniesie się i ostygnie do punktu rosy, para wodna zaczyna kondensować w jądrze kondensacyjnym, tworząc pierwsze cząstki ciekłej wody. Po osiągnięciu pewnego rozmiaru, te pierwsze cząsteczki wody zaczynają się zderzać i sklejać w procesie zwanym koalescencją kolizji. W zależności od składu chmury można podzielić na zimne (chmury wysokie zbudowane z kryształków lodu), ciepłe (chmury niskie zbudowane z wody) lub mieszane (chmury średnie zbudowane z kryształków lodu i wody). Chociaż temperatura jest znacznie poniżej 0°C, chmura może zawierać wodę w stanie ciekłym. Woda ta nazywana jest „wodą przechłodzoną” i można ją znaleźć np. w umiarkowanych chmurach utworzonych przez krople wody i lodu, które zwykle tworzą się między -35° a -10°C.
Aby utworzyć kryształki lodu, potrzebny jest rdzeń lodowy (rdzeń lodowy). Aby zorientować się, jakie wymiary omówiliśmy, każda kropla ma rozmiar około 0,001 mikrona (1 mikron to jedna milionowa metra). Z drugiej strony, aby utworzyć kroplę deszczu, która może przejść przez prąd wstępujący i dotrzeć do powierzchni, musi mierzyć co najmniej 1 milimetr, więc jądro kondensacji musi zebrać około miliona kropel.
Dlaczego chmury unoszą się na wodzie?
Chmury mogą rozciągać się kilometrami w pionie i poziomie, ważyć tony i wciąż „unosić się” w powietrzu. W poprzednich akapitach wskazaliśmy, że z powodu wyporu w atmosferze unosi się cieplejsza masa powietrza, która jest napędzana przez chłodniejszą górę lub inną masę powietrza. Dobrym przykładem na zilustrowanie względnej jasności chmur jest porównanie ich całkowitej masy z masą powietrza, w którym się znajdują.
Weźmy jako przykład typową chmurkę o wysokości 3000 metrów i 1 kilometrze sześciennym, jego zawartość wody w stanie ciekłym wynosi 1 g/metr sześcienny. Całkowita masa cząstek chmur wynosi około 1 miliona kilogramów, mniej więcej tyle, ile waży 500 samochodów. Ale całkowita masa otaczającego powietrza w tym samym kilometrze sześciennym wynosi około miliarda kilogramów, co jest 1000 razy cięższe niż ciecz! Tak więc, mimo że typowe chmury zawierają dużo wody, ponieważ ich masa jest mniejsza niż otaczającego powietrza, wydają się unosić na niebie, kołysząc się na tej samej wysokości, na której porusza się wiatr.
Rodzaje chmur
Kiedy już wiemy, z czego zbudowane są chmury, musimy wiedzieć, jakie są typy. Chmury można zobaczyć gołym okiem i są one klasyfikowane zgodnie z międzynarodowym systemem stworzonym w 1803 roku przez brytyjskiego chemika i meteorologa amatora Luke'a Howarda, który sklasyfikował chmury na cztery główne kategorie lub formy:
- cirriformis, chmury cirrus, które są wzniesionymi pióropuszami w kształcie belek z kryształków lodu;
- Stratyform, stratus, rozległe warstwy chmur, które często przynoszą ciągły deszcz;
- nimbiformy, nimbusy, chmury zdolne do tworzenia opadów;
- cumuliformy, cumulus, puszyste, płaskie chmury, które przecinają letnie niebo.
Obecne systemy klasyfikacji chmur obejmują wiele kombinacji i podziałów tych czterech podstawowych kategorii. Kiedy meteorolog mówi o opadach, odnosi się do deszczu, śniegu lub jakiejkolwiek formy ciekłej lub stałej wody, która osiada lub spada z nieba. Opady są mierzone za pomocą deszczomierzy. Najprostszy deszczomierz to pojemnik o prostych ściankach ze skalą lub linijką do pomiaru głębokości wpadającej do niego wody. Większość z tych urządzeń koncentruje opady w węższej rurce, aby dokładniej zmierzyć niewielkie ilości opadów. Podobnie jak inne przyrządy pogodowe, miernik deszczu może być wykonany w celu ciągłego rejestrowania swoich pomiarów.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom możesz dowiedzieć się więcej o tym, z czego zbudowane są chmury i jak powstają.