Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде

Каждый день облака движутся по небу, величественно плывут и куда-то исчезают. Их вечно меняющаяся форма и продолжительность существования обусловлена влиянием Солнца, суши и моря. Но не любой слой земной атмосферы может быть местом образования облаков. Выделяют семь различных слоев атмосферы, каждый из которых обладает уникальными свойствами, позволяющими защищать нашу планету. Самый нижний слой переносит воду между сушей и морем во всех ее агрегатных состояниях, поддерживая богатство и разнообразие жизни.

Тропосфера, нижний слой атмосферы, содержит кислород, активизирующий жизненные процессы, множество азота и небольшое количество крайне необходимой смеси из углекислого газа, водяного пара и других парниковых газов. Именно здесь идет постоянная работа погодной машины: тепло и вода распределяются по всему земному шару. Самое важное – то, что воздух охлаждается по мере набора высоты. Уже этот фактор приводит к конвекции, адвекции и конденсации – основным инструментам образования облаков. Оно происходит на всех уровнях тропосферы: взаимодействие, смешивание, подъем вверх и растворение в океанах.

Состав облаков

Спросите группу пятилеток, из чего состоят облака, и минимум один из них выкрикнет: «Из пуха!» В общем, так они и выглядят. Однако белое вещество, которое плывет в воздухе, образовано миллиардами микроскопических облачных капелек, которые борются между собой за пространство. В итоге они сливаются воедино и становятся белым пушистым облаком.

Если оставить в покое пух, то вообще-то основные составные части облака – водяной пар и тепловая энергия. Под действием тепла воздух, наполненный водяным паром, переносится в более холодную среду посредством адвекции или конвекции, а затем конденсация преобразует водяной пар в мельчайшие водяные или ледяные капельки. Ядра конденсации, такие как соль и пыль, тоже служат ключевым компонентом образования облачных капелек. Мельчайшие конденсированные молекулы воды собираются воедино, примыкая к аэрозолям большего размера. Ядра конденсации имеют размер около одного микрона, а молекулы воды – примерно 0,0001 микрона. По мере того как к ядру конденсации прилипает все больше водяных молекул, начинают образовываться облачные капельки, каждая вокруг своей аэрозольной частицы. Легкость облачных капелек позволяет им оставаться во взвешенном состоянии и образовывать облако, пока продолжается приток водяного пара.

Процесс образования облаков

Конвекция – подъем воздуха при нагревании

Адвекция – горизонтальный перенос тепла с движением воздуха

Конденсация – охлаждение водяного пара (газа) и его преобразование в воду (жидкость)

Подъем и спуск – Солнце разогревает Землю с разной интенсивностью. Поток воздуха сначала поднимается, затем опускается, образуя зоны высокого (опускающийся воздух) и низкого (поднимающийся воздух) давления. Эти потоки воздуха переносят воду и тепло. Это идеальная энергетическая система, которая позволяет избежать экстремального холода и жары, сухости и влажности. Дождевые леса, пустыни, тундра, полярные шапки и покрытые зеленью средние широты существуют благодаря погодной системе Земли, которая обеспечивает планету яркой палитрой голубых, зеленых, белых, коричневых и всех остальных красок.

Парад облаков

Обычно на небе происходит следующий погодный сценарий: сначала движется теплый фронт (на метеорологических картах он обозначен красными полукружиями на красной линии), а за ним – холодный (синие треугольники на синей линии). Каждый этап этого процесса характеризуется своим типом облаков, которые могут подсказать наблюдателю, какой именно фронт движется сейчас на небе. Воздушные массы неодинаковы по плотности – холодные плотнее, теплые легче, – и они не просто сливаются воедино – более теплый воздух оказывается поверх более холодного. Изначально между ними есть отчетливые границы, но затем они начинают смешиваться. Это можно видеть по изменению структуры облаков. Сначала формируются слоистые облака, затем – очень нестабильные кучевые.