Σε ποιο σημείο τα σύννεφα γίνονται αρκετά βαριά για να βρέξουν;
Το σημείο στο οποίο τα σύννεφα γίνονται αρκετά βαριά για να βρέξουν είναι όταν τα μικροσταγονίδια της βροχής συμπυκνώνονται και συνενώνονται στο σημείο όπου η μάζα τους επηρεάζεται από τη βαρύτητα.
Αν δεν ζείτε κάτω από έναν βράχο για ολόκληρη τη ζωή σας, υπάρχει πολύ καλή πιθανότητα να σας έχει πιάσει μια καταιγίδα κάποια στιγμή στη ζωή σας. Μερικές φορές, μπορεί να φαίνεται σαν να έρχεται βροχή από το πουθενά, μια απροσδόκητη βροχόπτωση υγρού που σε ποτίζει σε στιγμές. Λίγα λεπτά νωρίτερα, όλη αυτή η βροχή είχε συγκρατηθεί σε ένα σύννεφο πολύ πάνω από το κεφάλι σας, οπότε γιατί επέλεξε εκείνη τη στιγμή ακριβώς για να πέσει κάτω, τέσσερα τετράγωνα μακριά από την ασφάλεια του σπιτιού σας;
Πρέπει να υπάρχει ένα σημείο καμπής μεταξύ της βροχής που αιωρείται μυστηριωδώς στα σύννεφα και στη συνέχεια αποφασίζει να κάνει τη γήινη πτώση της… αλλά τι είναι; Σε ποιο σημείο η βροχή είναι πολύ δυνατή για να μείνει στα σύννεφα;
Σύντομη απάντηση: Όταν τα μικροσταγονίδια της βροχής συμπυκνώνονται και συνενώνονται στο σημείο όπου η μάζα τους επηρεάζεται από τη βαρύτητα. Ωστόσο, η βροχή είναι λίγο πιο περίπλοκη από αυτό…
Η γέννηση ενός σύννεφου
Όπως οι περισσότεροι από εσάς γνωρίζετε, τα σύννεφα σχηματίζονται όταν το νερό εξατμίζεται από το έδαφος. Ας πούμε ότι είναι μια ζεστή μέρα και ο λαμπερός ήλιος πέφτει σε μια λίμνη όλο το απόγευμα. Καθώς το υγρό νερό στη λίμνη αυξάνεται σε θερμοκρασία, τελικά μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση και ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, σε αυτό το σημείο της διαδικασίας, η βροχή εξατμίζεται σε μικροσταγονίδια, τα οποία δεν μπορείτε να δείτε. Οι σταγόνες βροχής είναι κανονικά ορατές, οπότε σίγουρα κάτι άλλο συμβαίνει…
Καθώς δισεκατομμύρια και τρισεκατομμύρια από αυτά τα μικροσκοπικά μόρια υδρατμών ανεβαίνουν στον ουρανό, σχηματίζουν τα σύννεφα που βλέπουμε να κρέμονται από πάνω μας. Αυτά τα σταγονίδια σχηματίζουν τεράστια σύννεφα, αλλά αυτά τα σύννεφα δεν είναι ιδιαίτερα πυκνά. Στην πραγματικότητα, ο όγκος του αέρα στο σύννεφο είναι 1.000 φορές μεγαλύτερος από τον όγκο αυτών των μικροσκοπικών σταγονιδίων.
Αυτός ο υδρατμός θα ανέβει, αφού ο θερμός αέρας ανεβαίνει, αλλά όσο ανεβαίνει, τόσο πιο κρύος γίνεται ο περιβάλλοντας αέρας, γεγονός που κάνει αυτόν τον υδρατμό να επιστρέψει στην υγρή του μορφή. Ο κρύος αέρας δεν μπορεί να συγκρατήσει τόσους υδρατμούς όσο ο ζεστός αέρας, και ομοίως, υπό χαμηλότερη πίεση αέρα, λιγότεροι υδρατμοί μπορούν να συγκρατηθούν από τον αέρα, οπότε συμβαίνει μια αλλαγή φάσης. Αυτές οι νέες σταγόνες νερού που σχηματίζονται είναι μικροσκοπικές, ωστόσο, 4-5 φορές μικρότερες από το πάχος ενός κομματιού χαρτιού.
Είναι επίσης πολύ πιο εύκολο για το νερό να συμπυκνωθεί σε ένα σωματίδιο, αντί να σχηματιστεί φυσικά στον αέρα. Επομένως, εάν υπάρχει μεγάλη ποσότητα σκόνης ή άλλα σωματίδια στον αέρα, τα σύννεφα θα σχηματιστούν πολύ πιο εύκολα. Οι διακυμάνσεις στο έδαφος, οι ατμοσφαιρικές αλληλεπιδράσεις, η θερμοκρασία και ο άνεμος μπορούν όλα να επηρεάσουν τους τύπους των νεφών που σχηματίζονται, αλλά η βασική διαδικασία είναι η ίδια. Ωστόσο, η εξήγηση των διαφορετικών τύπων σύννεφων δεν εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.
Ο ανερχόμενος θερμός αέρας κάτω από αυτές τις μεγάλες περιοχές υδρατμών είναι επίσης αρκετά ισχυρός για να υποστηρίξει τα σύννεφα, γι' αυτό φαίνεται να «επιπλέουν», μαζί με όλη τη βροχή που περιέχουν. Αυτό μπορεί να φαίνεται αντίθετο με όλα όσα έχετε μάθει για τη βαρύτητα, αλλά πρέπει να λάβετε υπόψη πόσο μικρά είναι πραγματικά αυτά τα μικροσταγονίδια. επιπλέουν με τον ίδιο τρόπο που η σκόνη φαίνεται να αψηφά την αδιάκοπη βαρυτική έλξη της Γης.
Επιβραδύνοντας και παχύνοντας
Καθώς τα μόρια κρυώνουν, τείνουν επίσης να επιβραδύνουν, έτσι αντί να αναπηδούν το ένα από το άλλο ή να ρέουν μαζί με τον αέρα, αυτά τα μικροσταγονίδια αρχίζουν να προσκρούουν το ένα στο άλλο και να κολλάνε. Είτε το πιστεύετε είτε όχι, χρειάζονται περίπου 1 εκατομμύριο μικροσταγονίδια για να σχηματιστεί μια σταγόνα βροχής μεσαίου μεγέθους. Αυτές οι ομάδες εκατοντάδων ή χιλιάδων μικροσταγονιδίων συνεχίζουν να συνδυάζονται και να αναπτύσσονται μέχρι να αποκτήσουν μια μάζα που μπορεί να επηρεαστεί από τη βαρύτητα και να κόψει τον αέρα που τη στηρίζει από κάτω.
Παραδόξως, τα μεγάλα σταγονίδια δυσκολεύονται να συνδεθούν με πολύ μικρά μικροσταγονίδια, λόγω της ισχυρής κίνησης του αέρα που περιβάλλει αυτές τις αλληλεπιδράσεις. Ευτυχώς, σε αυτές τις κρύες συνθήκες στην υψηλή ατμόσφαιρα, σχηματίζονται συχνά κρύσταλλοι πάγου, οι οποίοι λειτουργούν ως θαυμάσιος καταλύτης για μεγαλύτερα σταγονίδια βροχής. Τα μικροσταγονίδια έλκονται απίστευτα από τους κρυστάλλους πάγου και μπορούν να αυξήσουν το βάρος τους πολύ γρήγορα. Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν τα βήματα που οδηγούν στο χιόνι ή το χιονόνερο, αλλά στη διαδικασία της πτώσης πίσω στη Γη, αυτοί οι κρύσταλλοι πάγου συχνά επιστρέφουν σε υγρή κατάσταση – επίσης γνωστή ως βροχή.
Τα ανοδικά ρεύματα και οι γενικές ανοδικές ατμοσφαιρικές κινήσεις είναι αρκετές για να αποτρέψουν αυτές τις σταδιακά αυξανόμενες σταγόνες από το να πέσουν μέχρι την κατάλληλη στιγμή. Τα σύννεφα που τελικά προσφέρουν σταθερό ψεκασμό εμφανίζονται πιο κοντά στο έδαφος και τείνουν να ανεβαίνουν μερικά εκατοστά το δευτερόλεπτο. Από την άλλη πλευρά, τα μέτωπα των καταιγίδων μπορούν να ανεβαίνουν 2-3 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, πράγμα που σημαίνει ότι η μετάβαση από τον θερμό αέρα στον κρύο αέρα είναι γρήγορη, εξ ου και η νεροποντή από έντονες πτώσεις που προκαλούν τελικά αυτά τα σύννεφα καταιγίδας.
Όταν περπατάτε σε μια νεροποντή, μπορεί να φαίνεται αδύνατο για όλο αυτό το νερό να έχει αψηφήσει τη βαρύτητα για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά λόγω του τεράστιου χώρου/αέρα στο σύννεφο και της ασήμαντης μάζας των μικροσταγονιδίων για μεγάλο μέρος τους «σύννεφο ζωή», χρειάζεται μια ομαδική προσπάθεια για να πέσει τελικά στο έδαφος.
Ένας κόσμος χωρίς βροχή
Αν και πολλοί άνθρωποι παραπονιούνται για τα σωματίδια στον αέρα, καθώς και για τη σκόνη σε ορισμένες περιοχές, αν δεν είχαμε αυτό το υλικό στην ατμόσφαιρά μας, δεν θα έβρεχε ποτέ, δημιουργώντας έναν πολύ ξηρό πλανήτη. Σε μικροσκοπική κλίμακα, οι υδρατμοί δεν έχουν το ίδιο σημείο πήξης όπως στις απτές, μεγάλης κλίμακας μετρήσεις μας. Στην πραγματικότητα, οι μικροσκοπικοί υδρατμοί μπορούν να παραμείνουν σε αέρια μορφή έως και -40 βαθμούς (Φαρενάιτ και Κελσίου). Αυτό το κατώφλι είναι αρκετά κρύο και συνήθως εμφανίζεται μόνο σε υψόμετρα μεγαλύτερα από τα σύννεφα.
Ευτυχώς, λόγω των σωματιδίων και της σκόνης στην ατμόσφαιρά μας, αυτοί οι παγοκρύσταλλοι και τα μεγαλύτερα σταγονίδια μπορούν να σχηματιστούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες (π.χ. -10 βαθμούς C). Έτσι, την επόμενη φορά που θα δείτε ένα φορτηγό να σηκώνει πολλή σκόνη στον αέρα, μην εκνευρίζεστε… βοηθά να διασφαλίσουμε ότι θα συνεχίσουμε να δεχόμαστε ζωογόνους βροχή από ψηλά!
