Strona głównaPytania → Dlaczego chmury powstają na takiej...

Dlaczego chmury powstają na takiej a nie innej wysokości?

Pytanie

Pyta tomek

Chciałbym zapytać, dlaczego chmury zatrzymują się na takiej a nie innej wysokości.
1. Jeżeli wraz z wysokością jest coraz zimniej, to unosząca się para wodna powinna się natychmiast skroplić i jako woda spaść na ziemię.
2. Dlaczego podstawa chmur od spodu jest płaska ?

Odpowiedź

Odpowiada Prof. Szymon Malinowski

W pytaniu jest kilka nieporozumień. Ale po kolei: chmury nie „zatrzymują się” na jakiejś wysokości, ale powstają i zanikają w wyniku procesów termodynamicznych zachodzących w atmosferze. Chodzi o procesy prowadzące do kondensacji obecnej w powietrzu pary wodnej, oraz parowanie/sublimację kropelek/kryształków chmurowych. Gdziekolwiek takie procesy zachodzą (może to być wznoszenie pewnych objętości powietrza, mieszanie różnych mas powietrza, procesy radiacyjne prowadzące do ochłodzenia/ogrzania pewnych objętości powietrza) chmury powstają lub zanikają. Stąd ich bogactwo kształtów, struktur, własności. Slajdy z wykładu o chmurach, które wiele z tych procesów i zjawisk tłumaczą, dostępne są tu.

A teraz możemy przejść do pytań szczegółowych.

  1. Pytanie dotyczy chmur powstających w procesie wznoszenia, podczas którego zachodzi proces rozprężania adiabatycznego. Gdy objętość powietrza zawierającego parę wodną wznosi się w górę, doświadcza ono coraz niższego ciśnienia i rozpręża się, w wyniku czego powiększa swoją objętość, co powoduje jej ochłodzenie. Jeśli w tym procesie temperatura powietrza spadnie poniżej tzw. temperatury punktu rosy, para wodna obecna w powietrzu zacznie się skraplać. Skraplanie zachodzi na malutkich cząstkach, tzw. jądrach kondensacji, obecnych w atmosferze. Tych cząstek jest dużo, więc w wyniku kondensacji powstaje wiele malutkich kropelek. Te kropelki mało ważą, opadają powoli — z prędkością milimetrów lub centymetrów na sekundę — bo dla tak małych obiektów ciężar jest już przy bardzo małych prędkościach skutecznie równoważony przez opór powietrza. Stąd wrażenie, że chmury „wiszą w powietrzu”.  Dopiero znacznie większe krople (niż te powstające w wyniku kondensacji) spadają znacznie szybciej. Jednak procesy które prowadzą do ich powstania (wielokrotne zderzenia — typowa kropla opadu powstaje w wyniku zderzenia miliona kropel powstałych w procesie kondensacji) czy proces wzrostu w chmurze  tzw. „mieszanej” (zawierającej obok siebie kropelki wodzy i kryształki lodu) trwają dosyć długo, stąd stosunkowo długi czas „życia chmur”.
  2. Podstawa tylko niektórych chmur jest plaska. Dotyczy to chmur konwekcyjnych, powstałych w wyniku wznoszenia mas powietrza. Po prostu warunki w których dochodzi do kondensacji jednorodnie wymieszanej objętości powietrza zawierającego parę wodną w takim procesie zależą od ciśnienia. Tak więc, gdy zostanie osiągnięte ciśnienie kondensacji, temperatura osiąga temperaturę punktu rosy i para zaczyna zamieniać się kropelki. Powierzchnie stałego ciśnienia w atmosferze są poziome, stąd pozioma podstawa takich chmur. Inne chmury, np. cirrus, stratocumulus czy nimbostratus, wcale nie mają płaskich podstaw.