Облака, наполненные тоннами и тоннами капель воды и даже кристаллами льда, парят в небе без особых усилий. Почему это так, и что удерживает их от падения на землю? Сколько на самом деле весят эти наполненные водой облака? Для начала давайте ответим на вопрос, имеет ли вес сам воздух, чистое, голубое небо, окружающее облако. Атмосферное, или барометрическое, давление описывается как сила, действующая на единицу площади под действием веса атмосферы. Таким образом, воздух действительно имеет вес, и метеорологи очень часто измеряют его с помощью прибора, называемого барометром. Теперь, когда мы определили, что чистый воздух имеет вес, легко сказать, что воздух также имеет плотность, которая представляет собой его вес для выбранного объема, например, кубического километра. Поскольку облака состоят из частиц, они также должны иметь вес и плотность. Итак, что же они собой представляют?
На самом деле мы можем определить численный вес типичного кучевого облака, не устанавливая его на весы. Прежде всего, необходимо определить плотность всего облака, состоящего из мельчайших капелек воды. Ученые выяснили, что Плотность кучевого облака составляет примерно 0,5 грамма воды на кубический метр. Затем необходимо определить, насколько велико облако на самом деле (или его объем). Исследователи также подсчитали, что Средний объем кучевого облака составляет 1 кубический километр, или 1 миллиард кубических метров. Умножив объем на плотность, мы обнаружим, что наше кучевое облако содержит 500 000 килограммов, или 1,1 миллиона фунтов, капель воды. Это эквивалентно весу пяти взрослых синих китов (самого крупного животного на планете)! Среднее кучевое, или погожее, облако (которое сфотографировано здесь), по оценкам исследователей, весит 1,1 миллиона фунтов. Однако не все облака одинаковы. Облако с меньшим количеством водяных капель, например, высокое, разреженное облако цирруса, весит меньше, чем кучевое облако. В то же время облако с большим количеством капель воды, например, грозовое/кучевое облако, весит больше.
Итак, теперь, когда мы знаем, что среднее кучевое облако весит 1,1 миллиона фунтов, Как такой большой вес остается в воздухе и не обрушивается на наши головы? На самом деле это происходит потому, что облако весит меньше, чем окружающий его чистый, сухой воздух! Атмосферное/барометрическое давление, или вес частиц сухого воздуха, почти в 1000 раз тяжелее, чем вес всех частиц воды в этом единственном облаке! Таким образом, "легкие" капельки воды/облако имеют меньшую плотность, чем окружающий сухой воздух в данном объеме, что позволяет облаку подниматься и безопасно парить над нашими головами.
Второстепенное объяснение того, почему облака парят, несмотря на свой большой вес, связано с размером содержащихся в них капель воды и физическим пространством, в котором они распределены. Большинство облаков содержат капельки воды и/или кристаллы льда, которые довольно малы и разбросаны на огромном пространстве (даже на мили) внутри облаков. Благодаря такому сочетанию влияние гравитации на эти капли воды, а значит, и скорость их падения, ничтожно малы, что позволяет им висеть в воздухе, а облаку парить в небе.
Однако различные процессы могут привести к тому, что капли воды станут больше, тяжелее и плотнее, чем окружающий сухой воздух. Если это происходит, облачные капли формируются в осадки и теперь имеют значимую скорость падения, опускаются ниже частиц сухого воздуха и падают с неба, приземляясь на Землю в виде осадков. Так что, возможно, некоторые облака все-таки падают на Землю.