Πώς σχηματίζονται τα σύννεφα;

Έχετε παρατηρήσει όταν κρεμάτε μια βρεγμένη πετσέτα πώς στεγνώνει μετά από κάποιο χρονικό διάστημα; Αφήνεις στην άκρη ένα μπολ γεμάτο νερό για τη γάτα σου και παρόλο που το γατάκι δεν ήταν πουθενά κοντά στο μπολ, η στάθμη του νερού στο μπολ έχει πέσει! Πού πιστεύετε ότι πήγε το νερό που έλειπε; Λοιπόν, εξατμίστηκε, πράγμα που σημαίνει ότι ένα μέρος του υγρού νερού στο μπολ ή της πετσέτας παρασύρθηκε στην ατμόσφαιρα μετατρέποντας σε αέρια μορφή ή υδρατμούς. Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει συνεχώς στις λίμνες, τους ωκεανούς, τους βάλτους, τα ποτάμια, τις πισίνες και οπουδήποτε το νερό έρχεται σε επαφή με την ατμόσφαιρα.

Όταν τα μόρια του υγρού νερού λαμβάνουν επιπλέον ενέργεια από μια πηγή θερμότητας όπως ο ήλιος ή άλλα μόρια νερού που έρχονται σε επαφή μαζί τους, μετατρέπονται σε αέρια μορφή. Τα μόρια με υψηλή ενέργεια παρασύρονται στη συνέχεια στην ατμόσφαιρα σε αέρια μορφή. Στη διαδικασία όπου τα μόρια του νερού αλλάζουν από υγρή σε αέρια μορφή, απορροφούν θερμότητα που μεταφέρουν στην ατμόσφαιρα. Επομένως, το νερό μένει πίσω.

Μόνο μια ορισμένη ποσότητα υδρατμών μπορεί να συγκρατηθεί από τον αέρα, ανάλογα με το βάρος, τη θερμοκρασία και την ατμοσφαιρική πίεση στην περιοχή. Όσο μεγαλύτερη είναι η ατμοσφαιρική πίεση ή θερμοκρασία στην περιοχή, τόσο περισσότερους υδρατμούς μπορεί να συγκρατήσει η ατμόσφαιρα. Εάν ένας συγκεκριμένος όγκος ατμόσφαιρας περιέχει τη μέγιστη ποσότητα υδρατμών που μπορεί να χωρέσει, λέγεται ότι είναι κορεσμένη.

Τι πιστεύετε λοιπόν ότι θα συμβεί όταν ένα κορεσμένο μέρος του αέρα κρυώσει ή εάν υπάρξει πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης; Η ατμόσφαιρα δεν μπορεί πλέον να συγκρατήσει αυτούς τους υδρατμούς. Επομένως, η περίσσεια υδρατμών μετατρέπεται σε υγρή ή στερεή μορφή (πάγος). Αυτή η διαδικασία με την οποία το νερό αλλάζει από την αέρια σε υγρή κατάσταση αναφέρεται ως συμπύκνωση. Η διαδικασία αναφέρεται ως εναπόθεση εάν το αέριο μετατραπεί απευθείας σε στερεή κατάσταση. Αυτές οι δύο διαδικασίες είναι θεμελιώδεις για το σχηματισμό νεφών.

Τύποι σχηματισμού νέφους

Τα επερχόμενα καιρικά μοτίβα εξαρτώνται από τη φυσική δομή, το χρώμα και το μέγεθος των νεφών. Με βάση τα τρία επίπεδα υψομέτρου στα οποία βρίσκονται τα σύννεφα, οι τύποι σχηματισμών νεφών ταξινομούνται ευρέως σε δέκα διαφορετικές κατηγορίες. Δίνονται παρακάτω:

Υψόμετρο	Τύποι σύννεφων
Χαμηλού επιπέδου	Stratus, cumulus, stratocumulus
Μεσαίο επίπεδο	nimbostratus, altocumulus, altostratus
Υψηλό επίπεδο	cirrocumulus, cirrus, cirrostratus

Ο δέκατος στους τύπους σχηματισμών νεφών, που ονομάζεται cumulonimbus, υψώνεται στην ανώτερη, μεσαία και κάτω ατμόσφαιρα.

Ένα άλλο φαινόμενο παρόμοιο με το σχηματισμό σύννεφων εμφανίζεται στο περιβάλλον. Ονομάζεται σχηματισμός ομίχλης και εμφανίζεται πιο κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Η ομίχλη δεν πρέπει να συγχέεται με τα σύννεφα, καθώς παρόλο που η σύνθεσή τους μοιάζει με σύννεφα, είναι το υποπροϊόν μιας εντελώς διαφορετικής σειράς γεγονότων.

Η φυσική πίσω από το σχηματισμό σύννεφων

Η Φυσική πίσω από διαφορετικούς σχηματισμούς νεφών είναι πολύ πιο περίπλοκη από την απλή ανάλυση καιρού που βασίζεται στη δομή αυτών των νεφών. Υπάρχουν δύο κύριες πτυχές της έννοιας πίσω από τη Φυσική του cloud:

Κλίμακα Cloud: Η εξέλιξη των νεφών εξαρτάται από το μέγεθός τους, το περιβάλλον που τα περιβάλλει, τη θερμοκρασία, τη διάτμηση του ανέμου και τις αναταράξεις.

Μικρο-κλίμακα: Οι αλλαγές που συμβαίνουν μέσα σε λίγα εκατοστά από την επιφάνεια του νέφους βοηθούν στον προσδιορισμό της κλίμακας του νέφους. Αυτή η μικροσκοπική κλίμακα μέτρησης και παρατήρησης αναφέρεται ως Micro Scale.

Μηχανισμός Σχηματισμού Νέφους

Τα σύννεφα αποτελούνται από μικροσκοπικούς κρυστάλλους πάγου και σταγονίδια νερού. Το βάρος τους είναι αρκετά ελαφρύ ώστε να μπορούν να επιπλέουν στην ατμόσφαιρα. Σχηματίζονται ως αποτέλεσμα διαφορετικών τύπων φαινομένων που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, όπως:

Εξάτμιση :

Τα σταγονίδια νερού από την επιφάνεια της Γης εξατμίζονται λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας. Αυτά τα εξατμισμένα σταγονίδια νερού πλοηγούνται στην ατμόσφαιρα και συνεχίζουν να ανεβαίνουν ψηλότερα. Όταν ανεβαίνουν ψηλότερα, η θερμοκρασία και η ατμοσφαιρική τους πίεση πέφτουν. Οι υδρατμοί σε αυτό το σημείο δεν μπορούν να διατηρήσουν την αέρια κατάστασή τους. Ως εκ τούτου, μετατρέπεται σε σταγονίδια νερού και κρυστάλλους πάγου που αργότερα μετατρέπονται σε σύννεφα.

Συμπύκνωση :

Οι υδρατμοί μερικές φορές φέρουν μαζί τους σωματίδια σκόνης και κόκκους γύρης. Όταν κινούνται ψηλότερα, οι υδρατμοί μετατρέπονται σε σταγονίδια νερού και κατακάθονται σε αυτά τα σωματίδια, τα οποία ονομάζονται πυρήνες συμπύκνωσης. Αργότερα, γύρω τους εμφανίζονται διάφοροι σχηματισμοί νεφών. Λόγω της μεγάλης ταχύτητας του ανέμου σε μεγάλα υψόμετρα, μερικές φορές ο υγρός αέρας αναγκάζεται να ανέβει ψηλότερα με αποτέλεσμα να σχηματίζονται σύννεφα. Αυτά τα φαινόμενα ονομάζονται Υπήνεμη και Προσήνεμη πλευρά.

Όταν ο άνεμος φυσά σε μια περιοχή όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι χαμηλή και δεν μπορεί να απομακρυνθεί, σχηματίζονται σύννεφα χαμηλής πίεσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας και της πίεσης με αποτέλεσμα το σχηματισμό νεφών μεσαίου υψομέτρου.

Όταν ένας μεγαλύτερος όγκος αέρα με υψηλότερη θερμοκρασία ωθείται σε υψηλότερο υψόμετρο από τον κρύο αέρα, υπάρχει μια ξαφνική αλλαγή στην ατμοσφαιρική πίεση που οδηγεί στο σχηματισμό διαφορετικών σχηματισμών νεφών που είναι εξαιρετικά μεγάλοι και συνοδεύονται από καταιγίδες.

Πείραμα Σχηματισμού Cloud

Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη διαδικασία σχηματισμού σύννεφων, ας πραγματοποιήσουμε ένα πρακτικό πείραμα σχηματισμού σύννεφων που δείχνει τη διαδικασία. Ο μετασχηματισμός των σταγονιδίων νερού σε αέρια κατάσταση μπορεί επίσης να παρουσιαστεί στο πείραμα. Οι σταγόνες νερού μπορούν να μετατραπούν σε σύννεφα μετά από μια αλλαγή στην ατμοσφαιρική κατάσταση σε μεγαλύτερο υψόμετρο.

Απαιτούμενα υλικά 

• Droppers
• Καθαρό γυάλινο βάζο
• Μπλε χρώμα τροφίμων
• Νερό
• Κρέμα ξυρίσματος

Διαδικασία

• Γεμίστε ένα ποτήρι με ζεστό νερό μέχρι το 3/4 επίπεδο. Προσθέστε κρέμα ξυρίσματος στην επιφάνεια του νερού στην κορυφή και γεμίστε τη μέχρι το χείλος. Μόλις καθίσει ο αφρός της κρέμας ξυρίσματος, προχωρήστε στο επόμενο βήμα.
• Ανακατέψτε το χρώμα των τροφίμων με μια μικρή ποσότητα νερού σε ένα ξεχωριστό μπολ. Συλλέξτε το αραιωμένο νερό με τη βοήθεια ενός σταγονόμετρου και ρίξτε το πολύ αργά στον αφρό της κρέμας ξυρίσματος.

Αποτέλεσμα

Αυτή είναι η στιγμή που μπορούμε να δείξουμε τη διαδικασία σχηματισμού σύννεφων μέσω αυτού του σπάνιου πειράματος σχηματισμού σύννεφων. Καθώς οι υδρατμοί μέσα στο νερό αραιώνονται με κορεσμό χρωστικών τροφίμων, ο σχηματισμός καθίζησης μπορεί να φανεί στην επιφάνεια του καθαρού νερού στη βάση του αφρού ξυρίσματος.

Γνωρίζουμε ήδη ότι ο σχηματισμός νεφών συμβαίνει λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας στην επιφάνεια των υδρατμών. Αυτό οδηγεί σε εξάτμιση του νερού και το ωθεί να ανέβει σε υψηλότερο επίπεδο και στη συνέχεια να συμπυκνωθεί για να σχηματίσει σύννεφα. Ομοίως, υπάρχει μια αύξηση στη θερμοκρασία του θερμότερου νερού στο βάζο, το οποίο επίσης εξατμίζεται σε κάποιο βαθμό.

Οι υδρατμοί κινούνται ψηλότερα και έρχονται σε επαφή με την πιο δροσερή ατμόσφαιρα από πάνω και επομένως συμπυκνώνονται στο ξύρισμα από τα σωματίδια. Ο μηχανισμός του σπάνιου σχηματισμού σύννεφων υποδεικνύεται από τη μπλε απόχρωση στην κάτω επιφάνεια του αφρού.

Παρατήρηση

Λοιπόν, πώς σχηματίζεται ένα σύννεφο; Τα σύννεφα σχηματίζονται ως συνδυασμός εκατομμυρίων μικροσκοπικών σταγονιδίων νερού που επιπλέουν στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, σχηματίζουν ένα φυσικό φράγμα όπου η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να απορροφηθεί και να ανακατανεμηθεί σε μια μεγαλύτερη επιφάνεια.

Συμπέρασμα

Αν και έχετε κατανοήσει τον βασικό μηχανισμό του σπάνιου σχηματισμού σύννεφων μέσω αυτού του ιστολογίου, υπάρχουν πολύ περισσότερες λεπτομέρειες που πρέπει να μάθουμε ακόμη. Αν κοιτάξετε κάτω από το εξωτερικό ενός σύννεφου, θα συνειδητοποιήσετε ότι είναι γεμάτο πολυπλοκότητα. Η κατανόηση του κόσμου των νεφών και του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται σύννεφα απαιτεί μια ενδελεχή κατανόηση ολόκληρης της ατμόσφαιρας. Οι επιστήμονες εργάζονται ακούραστα για να αποκτήσουν αυτήν την κατανόηση με τη βοήθεια οργάνων όπως αυτά στο Aqua, το Terra της NASA, το CALIPSO, το Aura και το CloudSat. Ας ελπίσουμε ότι θα μπορέσουμε να αποκτήσουμε περισσότερες γνώσεις σχετικά με τα σύννεφα στο μέλλον, κάτι που θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις κλιματικές αλλαγές.

Συχνές ερωτήσεις

1. Γιατί τα σύννεφα έχουν μερικές φορές κίτρινο χρώμα;

Α) Μερικές φορές, τα σύννεφα εμφανίζονται κιτρινωπά. Αυτό οφείλεται στην παρουσία ρύπων στην επιφάνεια της Γης, η πλειονότητα των οποίων περιλαμβάνει υπολείμματα διοξειδίου του αζώτου από καύση χωματερών ή δασικές πυρκαγιές.

2. Πώς διευκολύνεται η διαδικασία της συμπύκνωσης;

Α)  Η διαδικασία της συμπύκνωσης διευκολύνεται από τα μικροσκοπικά σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα, όπως κρύσταλλοι αλατιού, σωματίδια σκόνης και βακτήρια. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτά τα σωματίδια παρέχουν επιφάνειες για την καθίζηση των υδρατμών αφού μετατραπούν σε υγρή μορφή ή σε κρυστάλλους πάγου. Όταν συσσωρευτεί μεγάλη ποσότητα από αυτά τα σταγονίδια, σχηματίζονται σύννεφα.

3. Πόσο σημαντικά είναι τα σύννεφα;

Τα σύννεφα είναι ζωτικής σημασίας για τις κλιματικές αλλαγές που συμβαίνουν στο περιβάλλον. Επιπλέον, είναι αναπόσπαστο κομμάτι για την εξισορρόπηση και τη διατήρηση των ακτινοβολιών της Γης. Ανάλογα με τις κλιματικές αλλαγές και την ένταση του νέφους, υπάρχουν διακυμάνσεις στις ακτινοβολίες μικρού και μεγάλου μήκους κύματος. Καθώς το πώς ο σχηματισμός νεφών είναι ένα σημαντικό θέμα σε διάφορους κλάδους της Επιστήμης, σημαίνει ότι έχουν πολύ μεγαλύτερη σημασία από απλές δομές που αποφασίζουν τον τύπο βροχόπτωσης που μπορεί να βιώσει μια περιοχή.