Облаците винаги са били обект на човешко изследване. Когато бяхме малки, много от нас се чудеха от какво са направени облаците. Облаците често изглеждат като памучна вата или големи плаващи възглавници, но в действителност този вид е измамен. В тази статия ще открием подробно какво представляват облаците, как се образуват и различните видове, които съществуват. Освен това ще видим ролята на облаците в климата и как влияят върху ежедневието.
От какво са направени облаците
С прости думи, облакът е маса от водни капчици, ледени кристали или и двете, суспендиран в атмосферата. Тези частици се образуват поради кондензацията на водни пари, присъстващи в атмосферата. Въпреки че често се описва като водна пара, в действителност водната пара е невидима; Това, което всъщност виждаме, са тези малки капчици или ледени кристали, които отразяват слънчевата светлина.
Образуването на облак изисква три основни компонента: водна пара, частици в атмосферата и ниски температури. Водната пара идва главно от изпарението на водата, издигаща се от океаните, реките и езерата, от транспирацията на растенията и от ледникова сублимация (когато твърдият лед преминава директно в пара, без да преминава през течното състояние).
Тази суспендирана пара обаче не може да образува облаци сама. За да може водната пара да се сгъсти и кондензира във видими капчици, е необходимо това, което учените наричат „кондензационни ядра«. Тези ядра са прости частици, суспендирани във въздуха, като прах, полени, зърна сол от океаните или пепел от вулкани и горски пожари. Тези частици имат хигроскопични свойства (т.е. склонни са да привличат вода), позволявайки на молекулите на влагата да се слепват заедно и да образуват капчици.
Чрез кондензация върху тези ядра водните капчици и ледените кристали стават видими, образувайки това, което познаваме като облаци. Ако температурите са достатъчно ниски, капките могат да се превърнат в ледени кристали.
Образуване на облаци
За да се кондензира водната пара, е необходимо въздушната маса да се издигне в атмосферата, където температурите са по-ниски. Това може да стане по няколко начина. Един от най-честите възниква поради конвекция, когато слънцето нагрява земната повърхност и тази топлина се предава на въздуха над нея. Когато въздухът се затопли, той става по-малко плътен и се издига. Докато се издига, той среща по-студени слоеве на атмосферата, което води до кондензиране на водни пари във видими капчици.
Друг начин за охлаждане на въздушна маса е чрез орографско изкачване. Това се случва, когато въздушна маса е принудена да се издигне, когато срещне планина или друга географска бариера. Когато въздухът се издига, той се охлажда и, ако съдържа достатъчно влага, ще се образуват орографски облаци от наветрената страна (където вятърът удря).
И накрая, издигането на въздушни маси може да се случи и фронтално, тоест там, където маса от горещ, влажен въздух среща маса от студен въздух. В този случай горещият въздух е принуден да се издигне над студения въздух, което отново кара парата да се кондензира в капчици или кристали, които образуват облаци.
След като въздушната маса се издигне достатъчно и се охлади до точката на оросяване, водната пара започва да кондензира върху кондензационните ядра, генерирайки първите капки течна вода. След като достигнат определен размер, тези капчици започват да се сблъскват една с друга, събирайки се в процес, известен като "сблъсък-коалесценция". В зависимост от техния състав облаците се класифицират по няколко начина, както ще видим по-долу.
Видове облак
Класификацията на облаците може да се извърши въз основа на различни фактори като тяхната форма и височината, на която се намират. Модерната система за класификация на облаците е разработена през 1803 г. от Люк Хауърд, британски химик и метеоролог, и разделя облаците на различни категории, които използваме и днес:
- Cirriforms: Те са високи, тънки облаци, които често изглеждат като бели пера в небето. Те са съставени от ледени кристали.
- Кумулиформен: Те се характеризират с подутата си и гъбеста структура, като памучни бучки. Тези облаци се развиват вертикално, често в слънчеви дни.
- стратиформен: Те са облаци, които образуват непрекъснат и равномерен слой в небето. Те често обхващат големи площи и могат да донесат слаб или постоянен дъжд.
- Нимбиформи: Те са облаци, способни да произвеждат интензивни валежи и обикновено се свързват с бури или продължителен дъжд.
Класификация според височината:
Облаците също се класифицират въз основа на тяхната височина:
- Ниска облачност: Между 0 и 2 км надморска височина, като напр пластове, което може да предизвика постоянни ръмежи, или стратокумул, облачен слой с ниска основа.
- Средна облачност: Между 2 и 6 км надморска височина, като напр висококупест или високи слоеве, което може да предвещава важни метеорологични промени.
- Високи облаци: Над 6 км, като циррусни облаци, които се образуват от ледени кристали и обикновено показват хубаво време.
- Облаци за вертикално развитие: Този тип облаци като купесто-дъждовно, могат да достигнат големи височини и обикновено са свързани със силни бури и проливни дъждове.
Защо облаците плуват?
Облаците могат да се простират на километри в небето и въпреки че съдържат големи количества вода, изглежда, че се носят лесно във въздуха. Това се дължи на два основни фактора: ниска плътност от водни капки и явление плаваемост.
Водните капки в облака са толкова малки, че теглото им е незначително в сравнение с околните въздушни маси. Освен това облаците обикновено се образуват в слоеве от по-топъл въздух, който е с по-малка плътност от по-хладния въздух около тях. Това генерира възходяща сила, плаваемост, която поддържа нивото на облаците в атмосферата.
Например, облак от 1 кубичен километър може да съдържа приблизително 1.000 тона вода, но масата на въздуха около него е много по-голяма, което позволява на този облак да „плува“.
Защо облаците са бели?
Облаците имат бял или сив цвят поради това как водните капчици и ледените кристали разпръскват слънчевата светлина. Слънчевата светлина, която е бяла, се състои от комбинация от всички цветове на видимия спектър. Когато светлината се сблъска с капчиците или кристалите на облака, тя се разпръсква във всички посоки и с еднакъв интензитет.
Белите облаци са тези, чиито капчици не са достатъчно големи, за да разпръснат светлината неравномерно. Въпреки това, когато водните капки в облаците са по-големи, както при буреносните облаци, светлината се разпръсква във всички посоки и с различен интензитет, което ги кара да изглеждат по-тъмни или по-сиви.
Освен това, ако погледнем облак отдолу и слънцето е зад него, той може да изглежда по-тъмен, тъй като част от светлината се блокира от облачни частици.
Значението на облаците в климата
Облаците играят ключова роля в климата на планетата. През деня облаците могат да отразяват част от слънчева радиация обратно в космоса, охлаждайки земната повърхност. Този ефект е най-забележим при ниски, плътни облаци, като напр стратокумул, които увеличават албедото (способността за отразяване на светлината) на Земята.
От друга страна, облаците могат да действат и като „топло одеяло“, което улавя топлината, излъчвана от повърхността на Земята през нощта, предотвратявайки разсейването й в космоса. Това явление е известно като парников ефект и е по-силно изразено при средна и висока облачност.
Балансът между тези два процеса определя дали облаците охлаждат или затоплят климата. Ниските, плътни облаци са склонни да допринасят повече за охлаждането, докато високите облаци, като перестите облаци, са склонни да генерират нетно затопляне. Ето защо е от съществено значение да изучаваме облаците, за да разберем как те влияят на глобалния климат и как могат да повлияят изменение на климата.
В допълнение към влиянието си върху температурата, облаците са основният механизъм, чрез който се случва изменението на климата. валежи, разпространявайки вода по цялата планета и захранвайки реки, езера и водоносни хоризонти.
И накрая, облаците не само ни предлагат визуални зрелища, но играят жизненоважна роля в регулирането на климата и разпределението на водата на Земята. Без тях водният цикъл не би могъл да бъде завършен и животът на нашата планета би бил много различен.