Перш ніж ми перейдемо до цього, давайте прояснимо один момент. Пара — це газ. Він невидимий. Аерозолі – ні. Аерозолі є дрібними рідкими або твердими частинками, зваженими в газі. Хмари теж не вони. Це результат того, як вода піднімається з поверхні землі в небо, а потім формує структури, які підозріло нагадують збиті вершки.
Щоб зрозуміти цю пухнастість, потрібно розібратися у процесі.
Механіка водного циклу
Згадайте останній раз, коли ви бачили калюжу. Або озеро. Або море. Вода ніколи не стоїть на місці. Вона замкнена у циклі, який триває вже мільярди років. Вона переміщається від джерела до атмосфери. Потім повертається із атмосфери на Землю. Після чого знову потрапляє в океан чи підземні водоносні горизонти.
Молекули води в рідкому стані перебувають у постійному русі та можуть легко розділятися.
Ця система вразлива. Якщо вона порушується, разом із нею руйнується життя Землі. Ми вже бачимо точки напруги. Зміна клімату затягує петлю. Дефіцит води не є теоретичною проблемою. Він уже тут. Але давайте на якийсь час відкладемо політику убік і подивимося на фізику.
Як вода потрапляє із землі у повітря?
Все починається із тепла. А точніше, із теплової енергії. Вода складається з молекул, які постійно перебувають у русі. У рідкому стані вони скріплені разом, але слабко. Вони готові поділитися. Їм потрібен лише поштовх.
Цей поштовх дає Сонце.
Коли Сонце сильно пече, енергія передається воді. Чим гарячіша вода, тим вища її кінетична енергія. Молекули рухаються швидше. Вони вібрують. Вони відриваються від своїх сусідів. Коли у них з’являється достатньо енергії, вони залишають рідку поверхню і переходять у повітря, перетворюючись на газ.
Це випаровування.
Це перший крок. Вода, як і раніше, залишається водою. Тепер вона невидима. Вона починає підніматися нагору.
Якщо повітря ще не поглинуло всю вологу, краплі рідкої води спрямовуються в атмосферу і піднімаються вгору. Цей процес працює так само, як кипіння води у каструлі. Піднесіть руку до пари (обережно, щоб не обпектися) і спостерігайте, як у вашій шкірі утворюються крапельки води. Зазвичай ми думаємо про випаровування з поверхні океанів, озер та річок, але є ще один важливий фактор: евапотранспірація.
Рослини – не просто пасивні спостерігачі водного циклу. Вони виділяють водяну пару через маленькі отвори в листі, звані продихами. Подайте ці пори як крихітні дихальні отвори. Вода, поглинена корінням та стеблами, піднімається вгору і виходить у вигляді газу. Йдеться не лише про водоймища. Цей процес пояснює, як ліси, сільськогосподарські культури та луки «потіють», віддаючи воду в атмосферу.
З чого насправді складаються хмари?
Можливо, ви думаєте, що хмари – це нічого більше, ніж видима водяна пара. У цій логіці є помилка. Водяна пара – це газ. Газ невидимий. Тоді чому ми бачимо хмари? Існує одна тонка деталь, яка має вирішальне значення.
У міру підйому вологого повітря він потрапляє в зони з нижчим тиском та температурою. Саме повітря менш щільне, ніж навколишнє сухе повітря, тому вітер зазвичай піднімає його вище. Чим вища висота, тим холодніше повітря. Коли вологе повітря, що піднімається, охолоджується, водяна пара починає конденсуватися в рідину.
Але він конденсується над порожнечі. Атмосфера наповнена дрібними частинками пилу, морської солі та землі. Вчені називають ці хмари конденсації “ядрами конденсації”. Вони є каркасом. Молекули водяної пари прилипають до цих дрібних твердих частинок, подібно до роси на травинці. Коли прилипає більше водяної пари, утворюються маленькі краплі води та кристали льоду. Саме ця маса крапельок води ми бачимо як хмару.
Чому дощ не піде скоро?
Якщо гравітація притягує все вниз, чому ця рідина, що нещодавно утворилася, відразу не падає у вигляді дощу, снігу або граду?
Повернемося до дрібних частинок. Ви, мабуть, бачили їх, що ширяють на сонячному світлі. Вони тверді, так, але неймовірно легкі та малі. Вітер змушує їх ширяти. Ці частинки зіштовхуються з краплями води, зливаються із нею разом переміщаються у повітрі.
Гравітація зрештою перемагає, але тільки якщо крапля води стане досить тяжкою. До цього моменту вони висять у небі і дрейфують за вітром. Перехід від водяної пари до видимих хмар – це лише початок. Справжнє питання в тому, коли ці краплі, що ширяють, стануть досить великими, щоб відірватися і впасти. Атмосфера утримує їх там деякий час, очікуючи на відповідні умови, щоб порушити рівновагу.
З хмарами відбувається абсолютно те саме. Краплі води та кристали льоду, що утворюються на великих висотах, настільки малі, що просто застряють у повітрі і ширяють там. Але коли надто багато частинок злипаються разом, гравітація бере гору. Саме тоді вам потрібна найкраща парасолька або ви просто хочете швидко сховатися. Таким чином, вода повертається на Землю у вигляді дощу та стікає у річки та океани, починаючи цикл заново.
Подумайте про це. Процес починається, коли водяна пара піднімається в небо. Однак одна лише водяна пара не утворює хмари. Це просто проміжний стан. Щось чарівне відбувається, коли пара конденсується навколо ядер конденсації, утворюючи реальні краплі чи кристали. Так формуються пухнасті білі хмари, які ми дізнаємось.
Різні види хмар
Насправді їх існує кілька різних типів. Купові хмари – найпоширеніші. Їх можна побачити у ясний день. Вони виглядають як збиті вершки чи ватяні кульки. Згодом вони перетворюються на башти купово-дощових хмар (Cumulus Congestus). Зрештою, вони можуть перетворитися на грозову хмару (cumulonimbus). Вони величезні. Їхній розмір може досягати 5–15 кілометрів. Вони приносять шторми, яких ми боїмося.
Потім ідуть шаруваті хмари (stratus). Ці хмари низькі та великі. Особливо в гірських районах, коли їх основа стосується землі, вони перетворюються на туман. Це просто хмара, яка вирішила залишитися на місці.
Високо-шаруваті хмари (altostratus) більш розсіяні. Їхні краї зливаються з небом, через що важко визначити, де починаються хмари і де закінчується небо.
А як щодо пір’ястих хмар (cirrus)? Ви, мабуть, бачили тонкі білі нитки високо в небі. Люди іноді називають їх «копитами коней» чи «волосами ангелів». Вони складаються з кристалів льоду і часто сигналізують про зміни погоди, що наближаються.
Тепер у вас є міцна основа для їхнього розпізнавання. Подивіться нагору. Це не так і складно, якщо знати, на що звертати увагу. Небо повно знаків. Потрібно лише уважно стежити за формою.
