Где образуются перламутровые облака?
Эти облака возникают в нижней стратосфере, на высоте 15–25 км. Их ещё называют полярными стратосферными облаками (ПСО или PSC).
Полярными — потому что наблюдаются они преимущественно в полярных широтах, за полярным кругом, то есть севернее 66,5° с.ш. и южнее 66,5° ю.ш.
Это крайне редкое явление! Больше всего шансов увидеть перламутровые облака у жителей северной Европы, Гренландии, России, Канады и США. Ну и у тех, кто бывает в Антарктиде.
Когда их наблюдать?
Наблюдать перламутровые облака лучше всего сразу после захода Солнца или прямо перед восходом — в ранние сумерки. В это время (в течение 20 минут после захода и за 20 минут до восхода) Солнце находится на уровне 1–6° ниже горизонта и подсвечивает облака в стратосфере. Более низкие тропосферные облака в это время суток находятся в тени и видны тёмными силуэтами на фоне зари.
Для образования перламутровых облаков нужна аномально низкая (даже для нижней стратосферы!) температура: не выше -78 °С или 195 К. Такие условия достигаются очень редко и только в зимне-весенний период.
Поэтому перламутровые облака появляются именно в холодное время года – в отличие от серебристых облаков, которые наблюдаются летом.
Как образуются эти облака?
Первый тип — бледные и размытые облака
Иногда перламутровые облака выглядят тусклыми и размытыми — это первый их тип. Такие облака состоят из переохлаждённых капель азотной и серной кислоты и воды, то есть из жидких частиц.
Откуда в стратосфере азотная и серная кислоты и вода, из которых состоят эти облака?
Азотная кислота получается из азота, из которого на 78% состоит атмосфера. Эта кислота образуется во время грозы, при вспышках молнии. Прямо в канале молнии (там, где проходит разряд), в условиях крайне высоких температур, азот реагирует с кислородом, а затем происходит реакция с водой. В результате получается азотная кислота в газообразном состоянии, ведь во всех реакциях участвуют именно газы.
В стратосферу пары азотной кислоты поступают при перемешивании воздуха, которое всегда так или иначе происходит в атмосфере.
Серная кислота может образовываться прямо в стратосфере. При сильных вулканических извержениях в стратосферу выталкиваются газообразные соединения серы, из которых потом получается жидкая серная кислота. Так что вулканическая активность создаёт дополнительные условия для того, чтобы на небе появились перламутровые облака.
И, наконец, вода. В стратосфере водяного пара в тысячу раз меньше, чем в тропосфере. Однако есть различные механизмы, с помощью которых туда попадает столько влаги, сколько нужно для образования облаков. Один очень интересный механизм заключается в том, что на высотах 120–200 км, в термосфере, происходит самовоспламенение и сгорание водорода. При горении, то есть в процессе соединения водорода (2Н2) с кислородом (О2), образуется водяной пар (2Н2О). Водяной пар тяжелее водорода, он опускается вниз под действием силы тяжести и так попадает в стратосферу.
Теперь главный вопрос: как все эти компоненты становятся облаком?
Любые облака — это жидкие или твёрдые частицы, а часто и те и другие одновременно. Облако появляется, если газ превращается в жидкость или твердое вещество, то есть происходит конденсация.
Мельчайшие частицы газа должны соединиться для того, чтобы образовались более крупные капельки, но молекулы газа сами друг к другу не притягиваются. Конденсация в атмосфере происходит, потому что в воздухе есть различные жидкие и твёрдые частицы, например, морская соль или пыль. Эти частицы, можно сказать, служат магнитом для молекул газа. Они притягивают к себе и удерживают газовые молекулы, и те соединяются в капельки. Такие твёрдые и жидкие частицы называются ядрами конденсации.
Мы уже увидели, что в стратосфере присутствует:
— жидкая серная кислота,
— газообразная вода,
— газообразная азотная кислота.
Вы уже, возможно, догадались, что ядрами конденсации являются частицы серной кислоты. На них происходит конденсация паров воды и азотной кислоты, и появляются перламутровые облака первого типа.
Размер и плотность таких облачных частиц очень маленькая, а значит рассеивается свет от них слабо. Именно поэтому такие перламутровые облака довольно бледные, и их трудно заметить.
Облака второго типа – яркие разноцветные волны
Облака второго типа состоят только из кристаллов льда. Это более крупные частицы, которые лучше рассеивают свет. Поэтому такие облака намного ярче, и их хорошо видно на небе.
В образовании перламутровых облаков второго типа участвует струйное течение из тропосферы, оно и придаёт им характерную волнообразную структуру.
Что такое струйное течение?
Любой ветер, то есть быстрое перемещение воздуха, появляется между объемами воздуха с разной температурой и плотностью, так как холодный воздух всегда стремится к теплому. Но на границе воздушных масс – особенно больших однородных объемов воздуха с сильной разницей температур – возникают особенно сильные ветры, способные достигать сотен километров в час.
Такие ветры назвали струйными течениями. Мы подробно писали о них в отдельной статье.
Струйные течения — довольно частое явление для тропосферы. Если струйное течение на своём пути встречает препятствие в виде горного хребта, то поток вынужденно устремляется вверх по склону. Преодолев хребет, он устремляется вниз по склону. Так формируется волна в струйном течении.
В полярных районах высота тропосферы всего 7–8 км, поэтому вершина волны может оказаться в стратосфере.
Когда в стратосфере оказывается более влажный воздух из тропосферы, принесенный вот такой «волной». В условиях очень низкой температуры в нём происходит конденсация: газообразная вода превращается в ледяные кристаллы, из которых состоят перламутровые облака. Так формируются облака в виде ярких разноцветных волн.
Напоследок немного о влиянии этого явления на искусство! Ниже – всем известная картина "Крик". Да, у учёных есть основания полагать, что норвежский художник Эдвард Мунк нарисовал свою картину под впечатлением именно от перламутровых облаков. И если это действительно так, то картина Мунка является одним из самых ранних визуальных документальных изображений перламутровых облаков.
