§ 310. Облака

Когда воздух вместе с находящимся в нем водяным паром по той или иной причине охлаждается, водяной пар может конденсироваться в виде капелек воды или ледяных кристаллов. Так образуются облака и туманы. Они состоят из мельчайших капелек воды (диаметра от 3 до 40 мкм) или столь же мельчайших частиц льда (рис. 506 и 507). Конденсация начинается тогда, когда воздух достигает точки росы. Капли облаков и туманов столь мелки, что падают в воздухе чрезвычайно медленно, почти незаметно. Очень часто при морозе, т. е. при температуре ниже 0, эти капли являются переохлажденными, т. е. остаются жидкими и не замерзают. В том случае, когда воздух охлаждается благодаря соприкосновению с холодной поверхностью Земли или моря, в приземном слое воздуха образуется туман. Облака — это тот же туман, только они возникают в более высоких слоях атмосферы.

Рис. 506. Облачные капли

Рис. 507. Облачные кристаллы льда

Мы уже говорили, что когда некоторая масса воздуха поднимается вверх, то она расширяется и охлаждается. В таком охлаждении — главная причина образования облаков. При сильных воздушных потоках, направленных вертикально вверх, образуются особенно плотные, непросвечивающие белые клубящиеся облака. Такие облака называют кучевыми. Иногда они перерастают в высокие, высотой в несколько километров, грозовые облака, имеющие волокнистую, как бы растрепанную верхушку (рис. 508). В том случае, когда восходящее движение в атмосфере очень медленное (несколько сантиметров в секунду), но охватывает одновременно огромную массу воздуха на протяжении многих сотен километров, образуются слоисто-дождевые облака, серые, плотные и бесформенные. Слой таких облаков иногда имеет толщину 4-5 км. В атмосфере может также возникать волнообразное движение воздуха. В гребешках воздушных волн воздух поднимается вверх, и там образуются отдельные облачка или облачные валы, а в промежутках между гребешками остаются просветы (рис. 509). Такие облака в народе называются «барашками». В облаке более крупные капельки могут сталкиваться с более мелкими, потому что крупные падают скорее и догоняют при падении мелкие. Со временем так могут образовываться капли настоящего дождя

Рис. 508. Грозовое облако

Чаще же всего осадки (дождь, снег и пр.) образуются в облаках благодаря различному давлению насыщенного водяного пара над водой и льдом (§§ 301 и 306). Это происходит следующим образом. Предположим, что в облако, состоящее из переохлажденных капель, попадает частица льда. Такая система является неустойчивой (§ 306) и, вследствие диффузии водяного пара от капель к кристаллам, последние растут, а капли испаряются. Таким путем в облаке вырастают большие снежинки. Они постепенно выпадают из облака. Если они внизу попадают в слой более теплого воздуха с температурой выше 0, то могут растаять в нем и выпасть в виде капель дождя.

Рис. 509. Волнистые облака

Снег, дождь, град и т. д. в метеорологии объединяют общим названием «осадки». Количество осадков определяют, вычисляя, какой толщины (в миллиметрах) слой воды образовался бы на поверхности Земли, если бы вода никуда не стекала и не испарялась. Для определения количества воды, содержащейся в снеге, его растапливают. Самые сильные ливни, когда-либо наблюдавшиеся в СССР, давали более 300 мм осадков в сутки. В центральных областях нашей страны уже 20 мм осадков надо считать сильным дождем. За год, например, в Москве, выпадает всего 540 мм осадков, в дождливой Западной Грузии — до 2600 мм. В Индии, экваториальной Африке и на Гавайских островах имеются местности, где годичное количество осадков достигает 12 000 мм.