Как образуются облака

В каждом кубическом метре кучевого облака содержится около половины грамма воды, поэтому в облаке со стороной 1 км её около 500 тонн.

Облако состоит из жидкой воды и льда, а не из пара

Облако легко принять за скопление пара, но водяной пар представляет собой невидимый газ. Облако видно потому, что оно состоит из миллиардов крошечных капель воды или кристаллов льда, рассеивающих солнечный свет. Каждая капля образовалась при конденсации пара на частице пыли, соли или дыма, то есть на ядре конденсации облаков. То, образуется ли на частице облачная капля, зависит от её размера, состава и пересыщения воздуха, а не от универсального минимального радиуса.

Чтобы пар сконденсировался, воздух должен остыть до точки росы, температуры, при которой он насыщен. У земли это может произойти ясной тихой ночью, когда образуются роса и туман. Высоко в небе причиной почти всегда служит подъём воздуха. При подъёме воздух расширяется, поскольку окружающее давление падает, а расширение его охлаждает. NOAA указывает для ненасыщенного воздуха скорость охлаждения 9.8 °C на километр.

Четыре способа поднять воздух

Солнце нагревает землю неравномерно, и от самых тёплых участков поднимаются пузыри тёплого воздуха, как сгустки в лавовой лампе. Это конвекция; благодаря ей летним днём возникают кучевые облака. Ветер, дующий на горный хребет, вынужден подниматься по склону; так появляются облака над вершинами и гребнями и дождь на наветренной стороне. Вдоль атмосферного фронта тёплый воздух поднимается над более холодным и плотным, образуя обширные облачные слои. Наконец, там, где у земли сходятся ветры разных направлений, воздуху остаётся двигаться только вверх.

Почему такая тяжесть держится в воздухе

Геологическая служба США (USGS) приводит расчёт массы облака. В типичном кучевом облаке содержится около 0.5 г воды на кубический метр. В облаке со стороной 1 км миллиард кубических метров, значит, в нём около 500 000 000 г, или 500 тонн, капель. Оно не падает, потому что капли распределены в огромном объёме воздуха, а этот влажный воздух чуть менее плотный, чем окружающий сухой. Каждая капля падает так медленно, по данным NWS в среднем около 1.3 см в секунду, что слабый восходящий поток удерживает её в воздухе. Лишь вырастая до дождевых капель, они выпадают из облака.

Облака постоянно меняются. По краям, где они смешиваются с более сухим воздухом, капли испаряются; внутри, где воздух ещё поднимается, образуются новые. NOAA описывает облако как равновесие между конденсацией и испарением. Поэтому у тебя на глазах кучевое облако может за двадцать минут вырасти, уменьшиться и исчезнуть.

Холодным утром ты можешь сам создать маленькое облако. Выдохни: тёплый влажный воздух из лёгких смешается с холодным наружным воздухом, остынет ниже точки росы, и содержащийся в нём пар сконденсируется, образуя небольшое белое облачко. Через секунду-другую оно исчезнет, смешавшись с ещё большим количеством сухого воздуха, и капли снова испарятся. Небесное облако устроено так же, только в гораздо большем масштабе; его поддерживает постоянно поднимающийся воздух.