1. Czemu chmury układają się warstwami.

W największym skrócie, chmury układają się warstwowo, ponieważ sama atmosfera ma budowę warstwową wynikającą z pionowych zmian temperatury, wilgotności i stabilności. Chmury powstają w troposferze (sięgającej około 10 kilometrów), ale nawet ona ma złożoną strukturę pionową. Pionowe ruchy powietrza są ograniczane przez inwersje temperatury (często związane z powstawaniem chmur), a poziome skale tych struktur są znacznie większe niż pionowe. Dlatego chmury często układają się w warstwach.

Warto tu też podkreślić, że w typowych warunkach szczyt troposfery stanowi ostateczną granicę chmur – wyżej temperatura zaczyna już rosnąć z wysokością (stratosfera) ze względu na pochłanianie promieniowania słonecznego przez ozon. Skutecznie blokuje to dalsze unoszenie się powietrza.

2. Mechanizmy powstawania chmur

Zacznijmy od tego, że żeby chmura mogła powstać, muszą być spełnione odpowiednie warunki. W skrócie, temperatura musi być bliska temperaturze punktu rosy, czyli powietrze musi być odpowiednio nasycone parą wodną. Dodatkowo, muszą być obecne cząstki aerozoli (np. pył, sól morska, zanieczyszczenia antropogeniczne) aby woda miała na czym kondensować. W ogólności do powstawania chmur mogą prowadzić: wznoszenie mas powietrza, mieszanie mas powietrza, procesy radiacyjne (np. chłodzenie powietrza przy podłożu w nocy – mgła).

Najbardziej podstawowym mechanizmem prowadzącym do powstawania chmur jest konwekcja w słoneczny dzień – ciepłe powietrze zawierające parę wodną unosi się do góry, a ponieważ jednocześnie się ochładza – temperatura maleje z wysokością (w chłodnym powietrzu może być mniej pary wodnej), w pewnym momencie woda zaczyna kondensować. Jest to mechanizm powstawania cumulusów, czyli chmur kłębiastych najbardziej typowych dla słonecznego letniego dnia.

Drugim podstawowym mechanizmem powstawania chmur są fronty atmosferyczne – kiedy ciepły front wpływa nad zimne powietrze, ciepłe powietrze porusza się ku górze, ochładzając się co sprzyja skraplaniu. Powstają chmury piętra średniego i wysokiego, a przy przechodzeniu frontu grube chmury deszczowe. W takiej sytuacji często można zaobserwować cumulusy pochodzące z konwekcji, oraz wyżej położone chmury związane z frontem. Podobna sytuacja ma miejsce gdy zimny front poruszając się wypycha do góry ciepłe powietrze.

3. Chmury wodne i lodowe

Innym faktem który trzeba podkreślić jest to, że chmury pierzaste – cirrusy widoczne wysoko nad nami – będą zawsze powstawać wyżej niż inne typy chmur, ponieważ działa tu nieco inny mechanizm, który wymaga znacznie niższych temperatur – woda zamiast się skraplać zamienia się bezpośrednio w lód (tzw. sublimacja). Często widzimy więc niższe chmury składające się z wody, i wyższe – z lodu.

4. Podsumowanie

To, co opisałem powyżej, stanowi jedynie duże streszczenie różnych mechanizmów. Chmury mogą powstawać na wiele sposobów – np. na granicy górskiej, jeśli z jednej strony wilgotne powietrze unosi się do góry, również mogą powstawać chmury. Istnieje też wiele innych sposobów na powstawanie chmur. Jeśli wiele mechanizmów (a każdy z nich prowadzi zazwyczaj do powstania warstwy chmur) złoży się na siebie, widzimy wiele różnych warstw.