雲のでき方

積雲には1立方メートル当たり約0.5 gの水が含まれるため、一辺1 kmの雲には約500トンの水があります。

雲は水蒸気ではなく、液体の水や氷

雲は湯気の塊のように思えますが、水蒸気は目に見えない気体です。雲が見えるのは、何十億もの小さな水滴や氷晶が太陽光を散乱するためです。水滴はそれぞれ、水蒸気がちり、塩、煙などの微粒子である雲凝結核の表面で凝結してできました。粒子が雲粒として成長し始めるかどうかは、一律の最小半径ではなく、大きさ、組成、空気の過飽和の程度で決まります。

水蒸気が凝結するには、空気が飽和する温度、露点まで冷える必要があります。地面近くでは、晴れて風の弱い夜に起こり、露や霧ができます。上空では、ほぼ常に空気が持ち上げられることで起こります。上昇する空気は周囲の気圧が下がるにつれて膨張し、冷えます。NOAAによると、未飽和の空気は1 kmにつき9.8 °C冷えます。

空気を持ち上げる4つの仕組み

日光は地面を不均一に暖め、最も暖かい場所から暖気の塊が、ラバランプの中の塊のように上昇します。これが対流で、夏の午後に積雲を作ります。山脈にぶつかる風は斜面に沿って持ち上げられ、山頂や尾根を覆う雲、風上側の雨を生みます。前線では、暖かい空気が、より冷たく密度の高い空気の上を滑り上がり、広い雲の層ができます。最後に、地面近くで異なる方向の風が集まると、空気は上へ向かうしかありません。

重いのに浮かぶ理由

USGSは雲の重さを計算しています。一般的な積雲には1立方メートル当たり約0.5 gの水があります。一辺1 kmの雲の体積は10億立方メートルなので、水滴の重さは約5億 g、つまり500トンです。落ちないのは、水滴が膨大な体積の空気に広がり、その湿った空気の密度が周囲の乾いた空気より少し低いためです。NWSによると、各水滴の落下速度は平均毎秒約1.3 cmと非常に遅く、弱い上昇気流で浮かび続けられます。雨粒に成長して初めて、雲から落ちていきます。

雲は変化し続けます。乾いた空気と混ざる端では水滴が蒸発し、空気が上昇を続ける内部では新しい水滴ができます。NOAAは、雲を凝結と蒸発の釣り合いと説明しています。そのため、積雲は見ている間にも、20分ほどで成長し、縮み、消えることがあります。

寒い朝には、自分でも小さな雲を作れます。息を吐くと、肺から出た暖かく湿った空気が外の冷気と混ざり、露点より低く冷え、水蒸気が凝結して小さな白い塊になります。さらに乾いた空気と混ざると、水滴が再び蒸発し、1～2秒で消えます。空の雲も、規模がはるかに大きいだけで同じもので、上昇し続ける空気に支えられています。