Прямо сейчас над вашей головой может висеть масса воды, сравнимая с сотней Boeing 747. А вы даже не заметили. Как так получается?
Воздушная гора из микрокапель
Типичное кучевое облако объемом в кубический километр весит около миллиона тонн. Да, именно так — вес облака достигает тысячи тонн воды, парящей в небе. Если бы эта махина рухнула вам на макушку, впечатления были бы незабываемые. Но почему облако не падает?
Сейчас будет немного цифр и физики, но, обещаю, что будет это максимально просто и всего в трех абзацах.
Разгадка кроется в том, из чего состоит облако. Это вовсе не водяной пар — пар прозрачен, и вы его не увидите. Облако — это микроскопические капли жидкой воды, подвешенные в воздухе. Каждая капелька весит всего 3,3 нанограмма — это одна миллиардная доля грамма.
На один кубический метр облака приходится примерно 0,3–0,5 грамма воды (для типичного кучевого облака), и в нём находится примерно 1 миллиард облачных капель. Остальное — обычный воздух (азот, кислород и другие газы). Это означает, что облако на 99,9% состоит из воздуха. Для полного облака объёмом 0,5-1 км³ это даёт примерно 500 тысяч тонн воды для кучевого и 1 млн тонн - для грозового.
Почему облако выглядит таким лёгким и пушистым, хотя весит миллион тонн? Потому что вода не сконцентрирована, а размазана по территории размером с километр. Капли настолько малы и далеко отстоят друг от друга, что воздух легко проникает между ними.
Со временем капли сталкиваются, сливаются и растут за счет этого. И со временем становятся дождевыми каплями и начинают падать вниз.
Почему облака держатся в воздухе? Плотность облака всего на 0,4% меньше плотности окружающего воздуха. Всё потому, что молекула водяного пара почти в 2 раза легче молекулы азота или кислорода.
Этот крошечный дисбаланс создает выталкивающую силу — ту самую архимедову силу, которая держит на плаву корабли. Облако буквально «плавает» в атмосфере, как пузырь в воде.
Секретное оружие неба — восходящие потоки
Но одной плавучести мало. Главный трюк — восходящие потоки воздуха. Когда солнце нагревает землю, теплый воздух устремляется вверх со скоростью 1-5 метров в секунду.
Это настоящий воздушный эскалатор для облачных капель. Мелкие капли подбрасываются в воздух этими восходящими потоками. И облако продолжает подниматься всё выше и выше. И только когда образуются крупные капли - они уже преодолевают восходящие потоки и стремительно падают вниз в виде дождя.
Как образуются облака? Теплый влажный воздух поднимается, охлаждается, и водяной пар конденсируется на мельчайших частицах пыли, соли или дыма. Эти аэрозольные ядра — обязательное условие. Без них облако не сформируется, даже если воздух насыщен влагой. Каждая капля зарождается на крошечной пылинке — так и работает физика облаков во всей красе.
Облако не висит в воздухе. Оно постоянно поднимается вверх тёплыми потоками воздуха, пока условия не изменятся. Миллион тонн воды — это не проблема, если они распределены в миллиарде кубометров воздуха с каплями тоньше волоса.
Так что в следующий раз, глядя на пушистое облачко в небе, помните: это не лёгкая перинка, а настоящая воздушная гора весом с сотню слонов. Просто она очень хорошо умеет притворяться невесомой.