Odpowiada Michalina Broda, konsultacja prof. Szymon Malinowski

Chmury to zbiór mikroskopijnych kropelek wody i/lub kryształków lodu, które są zawieszone w atmosferze. Powstają one dlatego, że para wodna (woda w postaci gazowej, obecna w powietrzu i niewidzialna) zebrała się i zmieniała w wodę dzięki obecności mikroskopijnych cząsteczek zwanych jądrami kondensacji. Cząsteczki te mogą być pyłami, solami lub innymi substancjami obecnymi w atmosferze.

Kondensacja to zmiana stanu skupienia wody z postaci gazowej (pary) gazu w ciecz. Aby ona zaszła, muszą wystąpić odpowiednie warunki: wspomniana obecność jąder kondensacji oraz odpowiednio niska temperatura, by w procesie termodynamicznym para wodna mogła się skroplić (zmienić ze stanu gazowego w stan ciekły) lub resublimować (przejść ze stanu gazowego w stan stały).

Pary wodna znajdująca się w atmosferze pochodzi z parowania z powierzchni ziemi. Objętość powietrza, w których ta para wodna się pojawiła, przemieszcza się w górę. Dzieje się tak dlatego, że wilgotne i ogrzane od podłoża powietrze ma mniejszą gęstość niż masy powietrza obok i ponad. Wędrując w górę, powietrze rozpręża się (ciśnienie atmosferyczne spada z wysokością) i wskutek tego ochładza. Prawa fizyki (konkretnie prawo Clausiusa-Clapeyrona) mówią, że im niższa temperatura, tym powietrze może pomieścić mniej pary wodnej, dlatego istnieje punkt, w którym temperatura staje się tak niska, że woda zaczyna kondensować się na jądrach kondensacji. Powstają wtedy maleńkie krople wody lub kryształki lodu. Te kropelki lub kryształki odbijają światło, dlatego możemy je obserwować jako chmury. Opadają one z bardzo niewielką prędkością, kilka milimetrów bądź centymetrów na sekundę. Przy takiej prędkości siły lepkości (prawo Stokesa) równoważą ich ciężar. Wystarcza więc takie, lub niewiele większe prędkości przepływu w górę, żeby długo znajdowały się w powietrzu. Takich przepływów w atmosferze jest dużo i mają specyficzne cechy. W dużej mierze to od nich zależy kształt chmur.

W chmurach kropelki zaczynają się zderzać ze sobą. Proces ten nazywamy koalescencją. Bardziej masywne krople opadają szybciej, gdyż przyrost masy (ciężar) rośnie z objętością kropli (skaluje się przez trzecią potęgą promienia kropli), a opór jest proporcjonalny do ich powierzchni (druga potęga promienia). W rezultacie krople czy kryształki zaczynają opadać z chmury w kierunku ziemi jako mżawka, deszcz, śnieg czy inny opad. 

Jaki płynie z tego wniosek? Tworzenie się chmur nie jest wynikiem działania sił przyciągających krople ku sobie. W atmosferze występują różnorodne procesy dynamiczne, w tym ruchy powietrza, zmienne temperatury i wilgotności, które wpływają na kondensację pary wodnej, unoszenie i zderzenia kropel i kryształków. Dlatego nie powinniśmy oczekiwać sferycznej symetrii, która występuje w przypadku sił przyciągających. Natomiast konkretny kształt chmur zależy i od przepływu i rozmiarów kropel i kryształków oraz warunków termodynamicznych.