Обычное кучевое образование размером около одного кубического километра содержит примерно 500 тонн воды, но остаётся в небе благодаря микроскопическому размеру капель и движению воздуха.
Облачная масса не лежит в атмосфере единым плотным слоем. Вода распределена среди огромного объёма воздуха в виде мельчайших капель и ледяных кристаллов. Поэтому даже тяжёлая грозовая система способна часами развиваться над землёй, а затем частично выпадать дождём, снегом или градом.
Из чего состоят облака
Облака состоят не из водяного пара, хотя именно пар служит исходным материалом для их образования. Водяной пар невидим. Белые, серые и почти чёрные участки неба становятся заметными, когда вода переходит в жидкое или твёрдое состояние и образует множество капель либо кристаллов льда.
Конденсация обычно происходит на микроскопических частицах соли, пыли, дыма и других аэрозолях. Они служат ядрами, вокруг которых собираются молекулы воды.
Типичная облачная капля имеет диаметр около 20 микрометров, тогда как обычная дождевая капля достигает примерно 2 миллиметров. Разница составляет около ста раз по диаметру. Из-за малого размера сопротивление воздуха сильно замедляет падение облачных капель, а слабые восходящие потоки могут удерживать их в воздухе.
Внутри одного облака могут одновременно находиться:
- переохлаждённые капли жидкой воды при температуре ниже 0 °C;
- кристаллы льда;
- капли разного размера;
- частицы пыли, морской соли, пыльцы и дыма, на которых конденсируется влага;
- воздух и невидимый водяной пар.
Именно поэтому вопрос, какой вес у облака, не имеет одного значения для всех случаев. Масса зависит от типа, объёма, температуры и количества жидкой воды или льда в каждом кубическом метре.
Как образуются облака
Солнце нагревает океаны, реки, озёра, почву и растения. Вода испаряется и попадает в атмосферу в виде невидимого пара. Когда влажный воздух поднимается, давление снижается, воздушная масса расширяется и охлаждается. После достижения точки росы часть пара конденсируется на ядрах конденсации, образуя облачные капли.
Воздух поднимается по разным причинам:
- Поверхность земли нагревает нижний слой атмосферы, и тёплый воздух устремляется вверх.
- Ветер встречает горный склон и вынужденно набирает высоту.
- Тёплая воздушная масса скользит над более холодной на атмосферном фронте.
- Воздушные потоки сходятся у поверхности и вытесняют друг друга вверх.
Облако постоянно меняется. В одной его части новые капли образуются, в другой испаряются, а воздушные потоки перемещают влагу вверх, вниз и в стороны. Это не цельный предмет с чёткой оболочкой, а подвижная область атмосферы.
Почему же она не падает целиком? Отдельные капли действительно медленно опускаются под действием силы тяжести. Однако их падение компенсируют сопротивление воздуха, турбулентность и восходящие потоки.
Когда капли сталкиваются, объединяются и становятся достаточно крупными, воздух уже не способен удерживать их. Тогда начинается дождь. Осадки формируются именно после того, как капли или ледяные частицы вырастают до размера, позволяющего им выпадать из облака.
Тем, кому интересны другие необычные явления за пределами земной атмосферы, пригодится интересная информация о космосе: многие процессы там тоже объясняются сочетанием гравитации, температуры, давления и движения вещества.
Сколько может весить облако
Облака не ставят на гигантские весы. Ответ на вопрос, как взвесили облако, связан с расчётом: учёные оценивают его объём, определяют содержание жидкой воды и льда в единице объёма, а затем перемножают эти значения.
Строго говоря, килограммы и тонны обозначают массу, а физический вес измеряется в ньютонах. Однако в повседневной речи оба понятия часто используют как равнозначные.
Для наглядного примера можно взять кучевое облако объёмом 1 км³. В одном кубическом километре находится миллиард кубических метров. Если в каждом из них содержится около 0,5 грамма жидкой воды, расчёт выглядит так:
1 000 000 000 м³ × 0,5 г/м³ = 500 000 000 г = 500 000 кг = 500 тонн.
Именно поэтому на вопрос, сколько весит облако в среднем, часто отвечают: около 500 тонн. Речь идёт не обо всех облаках, а об условном кучевом облаке объёмом 1 км³. Такой расчёт приводит Геологическая служба США.
Понять, сколько тонн весит облако, можно только после оценки его размеров и водности. У небольшого плоского образования масса может составлять десятки или сотни килограммов, у крупной облачной системы – тысячи и миллионы тонн.
Например, если условное небольшое облако занимает объём 100 × 100 × 100 метров и содержит те же 0,5 грамма воды на кубический метр, его масса составит около 500 килограммов. Поэтому ответ на вопрос, сколько весит маленькое облако, зависит прежде всего от того, что считать маленьким: официальной границы для такого определения нет.
Фраза сколько весит среднестатистическое облако тоже требует уточнения типа. Перистые образования тонкие и содержат мало льда, слоистые растягиваются на большие площади, а кучевые имеют заметную вертикальную толщину. Усреднять их в одно число некорректно.
В разговорной речи тучей называют плотное тёмное облако, обычно связанное с дождём или грозой. В метеорологической классификации отдельного типа «туча» нет, поэтому средний вес тучи нельзя определить без данных о её объёме и содержании воды.
Особенно велика масса мощных кучево-дождевых систем. Исследование радиолокационных наблюдений показало, что водная масса сильных градовых облаков может находиться в диапазоне от 100 тысяч до 6 миллионов тонн. Поэтому вес грозового облака способен в тысячи раз превышать массу небольшого кучевого облака.
Главный ответ остаётся простым: облако может содержать сотни тысяч килограммов воды и не обрушиваться целиком, потому что вода распределена в огромном объёме воздуха. Под действием гравитации выпадает не вся система сразу, а выросшие капли и кристаллы. Остальная влага продолжает двигаться, конденсироваться и испаряться.
