Хмари завжди були об'єктом вивчення людини. Звичайно, коли ми були молодшими, ми дивувалися з чого зроблені хмари. Воно завжди здавалося нам пухнастими ватними хмарами. Однак це зовсім не так.
У цій статті ми розповімо, з чого складаються хмари, особливості та як вони утворюються.
З чого зроблені хмари
Простими словами, можна сказати, що хмара це маса крапель води, кристалів льоду або того й іншого, зважені в атмосфері і утворюються в результаті конденсації водяної пари в атмосфері. Хмари бувають різних видів, їх можна розрізнити за формою та висотою.
Для формування хмари потрібні три компоненти: водяна пара в атмосфері, частинки, які дозволяють їй конденсуватися, і низькі температури. Атмосфера складається з різноманітних газів, у тому числі водяної пари, що утворюється в результаті випаровування води, транспірація рослин і льодовикова сублімація. Але ця зависла пара не може сама по собі утворювати хмари. Для того, щоб водяна пара агглютинувала, їй потрібне «ядро конденсації» або «аерозоль», що просто відповідає частинці з гігроскопічними властивостями (висока спорідненість до води), що дозволяє групувати молекули водяної пари та їх подальшу конденсацію.
Ці потенційні ядра містяться в атмосфері у великій кількості та включають пил, пилок, крупинки солі з океану та хвилі, що розбиваються, і попіл від вивержень вулканів або пожеж. Коли ці два інгредієнти знайдено, потрібні подальші кроки, щоб стати хмарою. Ядра водяної пари та конденсації повинні зіткнутися з нижчими температурами, щоб досягти точки роси або температури, при якій молекули водяної пари перетворюються на рідкі краплі води.
Одним із способів охолодження повітряної маси є її примусова конвекція. Конвекція виникає, коли сонце нагріває поверхню Землі, а потім передає частину цього тепла найближчій масі повітря. Ця маса гарячого повітря буде меншою за щільність, ніж навколишнє повітря, тому вона легко підніматиметься вгору завдяки виштовхувальній силі, яка відповідає спрямованій вгору силі менш густої рідини.
навчання
Повітряна маса, що рухається горизонтально (як у холодному фронті), також може бути змушена нагріватися, коли вона зустрічає гірську вершину на своєму шляху або зустрічає іншу, більш прохолодну повітряну масу. В обох випадках горизонтально рухома повітряна маса буде змушена підніматися і швидко досягати точки роси, створюючи хмари та, за сприятливих умов, дощ.
Коли повітряна маса піднімається й охолоджується до точки роси, водяна пара починає конденсуватися в ядрі конденсації, створюючи перші рідкі частинки води. Після досягнення певного розміру ці перші частинки води починають стикатися і злипатися в процесі, який називається зіткненням-коалесценцією. Залежно від складу хмари поділяються на холодні (високі хмари, що складаються з кристалів льоду), теплі (низькі хмари, що складаються з води) або змішані (середні хмари, що складаються з кристалів льоду та води). Хоча температура значно нижче 0°C, хмара може містити рідку воду. Цю воду називають «переохолодженою водою» і її можна знайти, наприклад, у помірних хмарах, утворених краплями води та льоду, які зазвичай утворюються від -35° до -10°C.
Для утворення кристалів льоду необхідне ядро льоду (ядро льоду). Щоб отримати уявлення про розміри, які ми обговорювали, кожна крапля має розмір приблизно 0,001 мкм (1 мікрон - це одна мільйонна частина метра). З іншого боку, щоб утворити дощову краплю, яка може пройти крізь висхідний потік і досягти поверхні, вона має мати розмір принаймні 1 міліметр, тому ядро конденсації має зібрати близько мільйона крапель.
Чому пливуть хмари?
Хмари можуть розтягуватися на кілометри по вертикалі і горизонталі, важити тонни і при цьому «ширяти» в повітрі. У попередніх абзацах ми зазначали, що завдяки плавучості тепліша повітряна маса піднімається в атмосферу, яка рухається холоднішою гірською або іншою повітряною масою. Хорошим прикладом для ілюстрації відносної яскравості хмар є порівняння їх загальної маси з масою повітря, в якому вони знаходяться.
Візьмемо як приклад типову хмаринку з висотою 3000 метрів і 1 кубічним кілометром., вміст води в рідкому стані становить 1 г/куб. Загальна маса частинок хмари становить близько 1 мільйона кілограмів, що приблизно дорівнює вазі 500 автомобілів. Але загальна маса навколишнього повітря в тому ж кубічному кілометрі становить близько мільярда кілограмів, що в 1000 разів важче рідини! Отже, незважаючи на те, що типові хмари містять багато води, оскільки їх маса менша за масу навколишнього повітря, вони ніби ширяють у небі, коливаючись на тій самій висоті, що й вітер.
Хмарні типи
Коли ми дізнаємося, з чого складаються хмари, ми повинні знати, які типи існують. Хмари можна побачити неозброєним оком, і вони класифікуються відповідно до міжнародної системи, створеної в 1803 році британським хіміком і метеорологом-любителем Люком Говардом, який класифікував хмари на чотири основні категорії або форми:
- цирріформна м'яз, перисті хмари, які є піднятими, пучковими шлейфами з кристалів льоду;
- Стратиформний, стратус, великі хмарні шари, які часто приносять безперервний дощ;
- німбіформи, венчики, хмари, здатні утворювати опади;
- купчастоподібні, купчасті, пухкі плоскі хмари, які перетинають літнє небо.
Поточні системи класифікації хмар включають багато комбінацій і підрозділів цих чотирьох основних категорій. Коли метеоролог говорить про опади, відноситься до дощу, снігу або будь-якої форми рідкої або твердої води, яка осідає або падає з неба. Опади вимірюють опадомірами. Найпростіший опадомір — це ємність з прямими стінками зі шкалою або лінійкою для вимірювання глибини падіння води. Більшість із цих пристроїв концентрують опади у вужчій трубці, щоб точніше вимірювати невелику кількість опадів. Подібно до інших метеорологічних інструментів, опадомір можна зробити для постійного запису своїх вимірювань.
Я сподіваюся, що завдяки цій інформації ви зможете дізнатися більше про те, з чого складаються хмари та як вони утворюються.