Curious Kids: How do the clouds stay in the sky?

Keskustelu pyytää nuoria lähettämään kysymyksiä, joihin he haluaisivat asiantuntijan vastaavan. Lontoolainen Samson haluaa tietää, miten pilvet pysyvät taivaalla. Ilmakehätieteen asiantuntija selittää.

Kiitos kysymyksestä, Simson. Uskokaa tai älkää, punnitsin kerran pilven, eikä moni voi sanoa tehneensä niin! Lensimme tutkijaystävieni kanssa taivaalle jättimäisellä ilmalaivalla ja menimme pörröisen, valkoisen pilven läpi. Itse asiassa siellä oli hyvin märkää, koska pilvet koostuvat miljardeista pienistä vesipisaroista.

kun lensimme pilven läpi, mittasimme laserien ja muiden tieteellisten erikoislaitteiden avulla, kuinka suuri pilvi oli, ja laskimme, kuinka monta pientä vesipisaraa siinä oli. Sitten teimme laskelmia ja huomasimme, että tämä pilvi – joka oli itse asiassa aika pieni, pilveksi – painoi neljä tonnia. Se on sama kuin kaksi norsua! On siis oikein ihmetellä, miten niin painava asia voi pysyä taivaalla.

palapelissä on kolme palasta, joista ensimmäinen on painovoima. Kuten kaikki tällä planeetalla, myös pienet pisarat, jotka muodostavat pilven, tulevat maata kohti painovoiman vaikutuksesta. Mutta nämä pisarat ovat niin pieniä, että niiden on vaikea työntää allaan olevan ilman ohi. Tämä tarkoittaa, että ne eivät putoa kovin nopeasti lainkaan – itse asiassa vain noin sentin sekunnissa. Ja mikä tahansa ylöspäin puhaltava tuuli voi kuljettaa pisarat takaisin ylös.

sopiaksemme palapelin toiseen palaan, meidän on opittava oikeaa kemiaa;ei kuitenkaan liikaa, vain tarpeeksi tarinaamme. Saanen esitellä jaksollisen järjestelmän: kartan kaikista alkuaineista, joista me ihmiset tiedämme. Elementit ovat kaiken rakennuspalikoita – aivan kuten pienimmät legopalikat, joilla rakennetaan isompia ja monimutkaisempia esineitä.

Jaksollinen järjestelmä on järjestetty siten, että jokaisen rivin kevyin alkuaine on aina vasemmalla. Vety on alkuaineista kevyin, joten se löytyy vasemmasta yläreunasta. Kun liikut jokaista riviä pitkin vasemmalta oikealle, elementit tulevat raskaammiksi ja raskaammiksi.

Klikkaa tästä saadaksesi suuremman, interaktiivisen version.

kuiva ilma koostuu enimmäkseen kahdesta kaasusta, typestä ja hapesta sekä hieman argonista ja pienistä määristä muita kaasuja. Nyt voimme keskittyä typpeen ja happeen. Kuten jaksollisesta järjestelmästä näkyy, yhden typpiatomin paino on 14, kun taas happi painaa lähes 16.

mutta typpi – tai happiatomit eivät halua olla yksin, joten ne menevät lähes aina pareittain – kaksi atomia molekyylissä, kuin kaksi hernettä palossa. Tämän vuoksi typpimolekyyli painaa yleensä 28 ja happimolekyyli 32.

heti kun lisäämme ilmaan vettä (H₂O), tilanne muuttuu mielenkiintoiseksi. Vesimolekyyli koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista. Muistatko, miten vety on kevein alkuaine? Yksi vesimolekyyli painaa vain 18. Se on kevyempi kuin typpeä tai happea sisältävä molekyyli. Siksi kostea ilma on kevyempää kuin kuiva ilma.

seuraava palapelin pala on lämpötila. Pääsääntöisesti lämmin ilma nousee ylös, kun taas kylmä ilma vajoaa alas. Kun ilma on lämpimämpää, se on todennäköisemmin kaasu. Viileämpänä se ottaa mieluummin nestemäisen muodon, kuten pilvipisarat, sateen, raekuuron tai lumen.

kun lämmin, kostea ilma nousee, se viilenee ja viilenee. Jäähtyessään muodostuu lisää pieniä vesipisaroita. Vesipisaroiden voisi olettaa vain putoavan alas sateena, mutta sen sijaan tapahtuu jotain hauskaa. Tiedätkö, miten hiki viilentää ihoa, kun se kuivuu ja muuttuu nesteestä kaasuksi? Kun kaasu muuttuu nesteeksi, käy päinvastoin: se itse asiassa antaa lämpöä.

tämä tarkoittaa, että pilvipisaroita ympäröi nyt pieni lämpimän ilman peitto. Ja mitä lämmin ilma tekee? Se nousee! Kovin kaukana se ei kuitenkaan ole, sillä ilma viilenee taas ylöspäin mentäessä.

nyt arvoituksemme on valmis: pilvet koostuvat pienistä vesipisaroista, joihin painovoima ei juuri vaikuta, jotka on upotettu kosteaan ilmaan, joka on keveämpää kuin kuiva ilma. Niitä ympäröivät pienet lämpimät ilmahuovat, jotka nostavat niitä kohti taivasta. Näin miljardien tonnien painoiset pilvet pysyvät pinnalla taivaalla.

Hello, curious kids! Jos sinulla on kysymys, johon haluat asiantuntijan vastaavan, pyydä aikuista lähettämään se [email protected]. Varmista, että ne sisältävät nimesi, ikäsi (ja jos haluat, missä kaupungissa asut). Kaikki kysymykset ovat tervetulleita-vakavia, outoja tai hulluja!

Jim McQuaid, ilmakehän koostumuksen apulaisprofessori, Leedsin yliopisto. Tämä artikkeli on julkaistu alun perin the Conversation-sivustolla. Lue alkuperäinen artikkeli.
Kuva 1: windy_sydney / Flickr, CC BY-NC