Podstawowe fakty, które każdy powinien wiedzieć o chmurach

Martin Deja/Moment/Getty Images

Chmury mogą wyglądać na niebie jak duże, puszyste marshmallows, ale w rzeczywistości są widocznymi zbiorami maleńkich kropelek wody (lub kryształków lodu, jeśli jest wystarczająco zimno), które żyją wysoko w atmosferze nad powierzchnią Ziemi. Tutaj omawiamy naukę o chmurach: jak tworzą się, poruszają i zmieniają kolor.

Tworzenie

Chmury tworzą się, gdy partia powietrza unosi się z powierzchni do atmosfery. W miarę wznoszenia się paczki przechodzi ona przez coraz niższe poziomy ciśnienia (ciśnienie maleje wraz z wysokością). Przypomnijmy, że powietrze ma tendencję do przemieszczania się z obszarów o wyższym ciśnieniu do obszarów o niższym ciśnieniu, więc gdy paczka przemieszcza się do obszarów o niższym ciśnieniu, powietrze w niej wypycha się na zewnątrz, powodując jej rozszerzanie. Ekspansja ta wykorzystuje energię cieplną, a zatem chłodzi paczkę lotniczą. Im dalej w górę się porusza, tym bardziej się ochładza. Gdy jego temperatura spadnie do temperatury punktu rosy, para wodna wewnątrz paczki kondensuje do kropelek ciekłej wody. Krople te gromadzą się następnie na powierzchniach kurzu, pyłków, dymu, brudu i cząsteczek soli morskiej, zwanych jądra . (Te jądra są higroskopijne, co oznacza, że ​​przyciągają cząsteczki wody.) To właśnie w tym momencie — kiedy para wodna kondensuje i osiada na jądrach kondensacji — chmury tworzą się i stają się widoczne.

Kształt

Czy kiedykolwiek obserwowałeś chmurę wystarczająco długo, aby zobaczyć, jak rozszerza się na zewnątrz, lub odwróciłeś wzrok tylko po to, by zobaczyć, że kiedy spojrzysz wstecz, jej kształt się zmienił? Jeśli tak, z przyjemnością dowiesz się, że to nie twoja wyobraźnia. Kształty chmur ulegają ciągłym zmianom dzięki procesom kondensacji i parowania.

Po utworzeniu się chmury kondensacja nie ustaje. Dlatego czasami zauważamy chmury rozszerzające się na sąsiednie niebo. Ale gdy prądy ciepłego, wilgotnego powietrza nadal wznoszą się i zasilają kondensację, bardziej suche powietrze z otaczającego środowiska ostatecznie infiltruje unoszącą się kolumnę powietrza w procesie zwanym porywanie . Kiedy to bardziej suche powietrze jest wprowadzane do ciała chmury, odparowuje kropelki chmury i powoduje rozproszenie części chmury.

Ruch

Chmury zaczynają się wysoko w atmosferze, ponieważ tam powstają, ale pozostają zawieszone dzięki małym cząsteczkom, które zawierają.

Kropelki wody lub kryształki lodu w chmurze są bardzo małe, mniej niż mikron (to mniej niż jedna milionowa metra). Z tego powodu reagują bardzo powoli na powaga . Aby ułatwić sobie wizualizację tej koncepcji, rozważ kamień i pióro. Grawitacja wpływa na każdą, jednak skała szybko opada, a piórko stopniowo opada na ziemię ze względu na mniejszą wagę. Teraz porównaj piórko i pojedynczą cząsteczkę kropelki chmury; cząsteczka opada dłużej niż piórko, a ze względu na mały rozmiar cząsteczki, najmniejszy ruch powietrza utrzyma ją w górze. Ponieważ dotyczy to każdej kropli chmury, dotyczy całej chmury.

Chmury podróżują z wyższym poziomem wiatry . Poruszają się z tą samą prędkością i w tym samym kierunku, co przeważający wiatr na poziomie chmury (niski, środkowy lub wysoki).

Chmury wysokopoziomowe należą do najszybciej poruszających się, ponieważ tworzą się w pobliżu szczytu troposfery i są popychane przez prąd strumieniowy.

Kolor

Kolor chmury zależy od światła, jakie otrzymuje od Słońca. (Przypomnij sobie, że Słońce emituje białe światło; że białe światło składa się ze wszystkich kolorów widzialnego widma: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, niebieskiego, indygo, fioletowego; i że każdy kolor w widzialnym widmie reprezentuje falę elektromagnetyczną o innej długości.)

Proces przebiega w następujący sposób: gdy fale świetlne Słońca przechodzą przez atmosferę i chmury , spotykają pojedyncze kropelki wody, które tworzą chmurę. Ponieważ kropelki wody mają podobną wielkość jak długość fali światła słonecznego, kropelki rozpraszają światło słoneczne w typie rozpraszania znanym jako Rozpraszanie Mie w którym wszystko długości fal światła są rozpraszane. Ponieważ wszystkie długości fal są rozproszone i razem wszystkie kolory w widmie tworzą białe światło, widzimy białe chmury.

W przypadku grubszych chmur, takich jak stratus, światło słoneczne przechodzi, ale jest blokowane. Nadaje to chmurce szarawy wygląd.