ciekawe dzieci: jak chmury pozostają na niebie?

rozmowa polega na zadawaniu dzieciom pytań, na które chętnie odpowie ekspert. Samson z Londynu chce wiedzieć, jak chmury utrzymują się na niebie. Ekspert w dziedzinie atmosfery wyjaśnia.

Dzięki Za pytanie, Samson. Wierzcie lub nie, kiedyś ważyłem chmurę i niewielu ludzi może powiedzieć, że to zrobili! Wraz z przyjaciółmi naukowcami polecieliśmy w niebo gigantycznym sterowcem i przeszliśmy całą drogę przez puszystą, białą chmurę. Właściwie, było tam bardzo mokro, ponieważ chmury składają się z miliardów maleńkich kropelek wody.

przelatując przez chmurę, użyliśmy laserów i innych specjalnych urządzeń naukowych, aby zmierzyć, jak duża była Chmura i policzyć, ile małych kropelek wody w niej było. Następnie obliczyliśmy i odkryliśmy, że ta chmura – która była dość mała, jak na chmurę-ważyła cztery tony. To to samo co dwa słonie! Więc masz rację, zastanawiając się, jak taka ciężka rzecz może pozostać na niebie.

są trzy elementy tej układanki, a pierwszy z nich to grawitacja. Jak wszystko na tej planecie, maleńkie kropelki tworzące chmurę są przyciągane grawitacyjnie do ziemi. Ale te kropelki są tak małe, że trudno im przepchnąć całe powietrze pod nimi. Oznacza to, że w ogóle nie spadają bardzo szybko – w rzeczywistości tylko około jednego centymetra na sekundę. A każdy wiatr wiejący w górę może przenieść krople z powrotem do góry.

aby dopasować drugi element układanki, musimy nauczyć się właściwej chemii; nie za dużo, ale wystarczająco na naszą historię. Pozwólcie, że przedstawię układ okresowy: mapę wszystkich pierwiastków, o których ludzie wiedzą. Elementy są budulcem wszystkich rzeczy – tak jak najmniejsze klocki Lego, których używasz do budowy większych i bardziej złożonych obiektów.

układ okresowy jest tak zorganizowany, że najlżejszy element każdego rzędu jest zawsze po lewej stronie. Wodór jest najlżejszy ze wszystkich pierwiastków, więc znajdziecie go w lewym górnym rogu. Gdy poruszasz się wzdłuż każdego rzędu od lewej do prawej, elementy stają się coraz cięższe.

Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą, interaktywną wersję.

suche powietrze składa się głównie z dwóch gazów, azotu i tlenu, a także odrobiny argonu i niewielkich ilości innych gazów. Na razie możemy skupić się na azocie i tlenie. Jak widać na układzie okresowym, masa pojedynczego atomu azotu wynosi 14, podczas gdy tlen waży prawie 16.

ale ani atomy azotu, ani tlenu nie lubią być same, więc prawie zawsze idą parami – dwa atomy w cząsteczce, jak dwa groszki w strąku. Z tego powodu cząsteczka azotu waży Zwykle 28, a cząsteczka tlenu 32.

gdy tylko dodamy do powietrza wodę (H₂O), robi się ciekawie. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Pamiętacie, że wodór jest najlżejszym pierwiastkiem? Jedna cząsteczka wody waży zaledwie 18. Jest lżejszy niż cząsteczka azotu czy tlenu. Dlatego wilgotne powietrze jest lżejsze niż suche.

kolejnym elementem układanki jest temperatura. Z reguły ciepłe powietrze unosi się do góry, podczas gdy zimne powietrze tonie. Gdy woda w powietrzu jest cieplejsza, bardziej prawdopodobne jest, że będzie to gaz. Kiedy jest chłodniej, woli przyjmować postać płynną, taką jak krople chmur, deszcz, grad lub śnieg.

gdy ciepłe, wilgotne powietrze unosi się, staje się coraz chłodniejsze. W miarę schładzania tworzą się kolejne małe kropelki wody. Można się spodziewać, że krople wody spadną jak deszcz, ale zamiast tego dzieje się coś zabawnego. Wiesz, jak pot chłodzi naszą skórę, gdy wysycha i zmienia się z cieczy w gaz? Kiedy Gaz zamienia się w ciecz, dzieje się coś zupełnie odwrotnego: wydziela ciepło.

oznacza to, że krople chmur są teraz otoczone maleńkim kocem ciepłego powietrza. A co robi ciepłe powietrze? Wznosi się! Jednak nie bardzo daleko, ponieważ powietrze ostygnie ponownie, gdy się podniesie.

teraz nasza zagadka jest kompletna: chmury składają się z maleńkich kropelek wody, które prawie nie podlegają grawitacji, osadzonych w wilgotnym powietrzu, które jest lżejsze od suchego. Otoczone są małymi ciepłymi kocami powietrza, które unoszą ich ku niebu. W ten sposób chmury ważące miliardy ton mogą pozostać na powierzchni nieba.

Witajcie, ciekawskie dzieciaki! Jeśli masz pytanie, na które chcesz odpowiedzieć ekspert, poproś osobę dorosłą o przesłanie go do [email protected]. Upewnij się, że zawierają Twoje imię i nazwisko, wiek (i, jeśli chcesz, miasto, w którym mieszkasz). Wszystkie pytania są mile widziane-poważne, dziwne lub zwariowane!

Jim McQuaid, profesor nadzwyczajny kompozycji atmosferycznej, University of Leeds. Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w the Conversation. Przeczytaj oryginalny artykuł.
zdjęcie 1: windy_sydney / Flickr, CC BY-NC