nyfikna barn: Hur stannar molnen på himlen?

samtalet ber barnen att skicka in frågor som de vill att en expert ska svara på. Samson från London vill veta hur moln stannar uppe på himlen. En expert på atmosfärisk vetenskap förklarar.

Tack för frågan, Samson. Tro det eller ej, Jag vägde en gång ett moln och inte många kan säga att de har gjort det! Mina forskare vänner och jag flög upp i himlen i en gigantisk luftskepp, och gick hela vägen genom en fluffig, vitt moln. Det var faktiskt väldigt vått där uppe, för moln består av miljarder små vattendroppar.

när vi flög genom molnet använde vi Lasrar och andra speciella vetenskapliga enheter för att mäta hur stort molnet var och räkna hur många små vattendroppar som fanns i det. Sedan gjorde vi några matematik och fann att detta moln – som faktiskt var ganska litet, för ett moln – vägde fyra ton. Det är samma sak som två elefanter! Så du har rätt att undra hur en sådan tung sak kan stanna uppe på himlen.

det finns tre stycken till detta pussel, och den första är gravitation. Liksom allt på denna planet dras de små dropparna som utgör ett moln mot jorden av tyngdkraften. Men dessa droppar är så små att det är svårt för dem att trycka förbi all luft under dem. Det betyder att de inte faller särskilt snabbt alls – faktiskt bara cirka en centimeter per sekund. Och varje vind som blåser uppåt kan bära dropparna upp igen.

för att passa den andra pusselbiten måste vi lära oss någon riktig kemi; inte för mycket, men bara tillräckligt för vår historia. Låt mig presentera det periodiska systemet: en karta över alla element som vi människor känner till. Element är byggstenarna i alla saker – precis som de minsta bitarna av Lego, som du använder för att bygga större och mer komplexa föremål.

det periodiska systemet är organiserat så att det lättaste elementet i varje rad alltid finns till vänster. Väte är det lättaste av alla element, så du hittar det längst upp till vänster. När du rör dig längs varje rad från vänster till höger blir elementen tyngre och tyngre.

Klicka här för en större, interaktiv version.

torr luft består mestadels av två gaser, kväve och syre, plus lite argon och små mängder andra gaser. För tillfället kan vi bara fokusera på kväve och syre. Som du kan se på det periodiska bordet är vikten av en enda kväveatom 14, medan syre väger nästan 16.

men varken kväve eller syreatomer gillar att vara ensamma, så de går nästan alltid i par – två atomer i en molekyl, som två ärter i en pod. På grund av detta väger en kvävemolekyl vanligtvis 28 och en syremolekyl väger 32.

så snart vi lägger till vatten (H₂O) i luften blir det intressant. En vattenmolekyl består av två väteatomer och en syreatom. Kom ihåg hur väte är det lättaste elementet? Tja, en enda vattenmolekyl väger bara 18. Så det är faktiskt lättare än en molekyl kväve eller syre. Därför är fuktig luft lättare än torr luft.

nästa pusselbit är temperatur. Som regel stiger varm luft upp, medan kall luft sjunker ner. När vattnet i luften är varmare är det mer sannolikt att det är en gas. När det är kallare föredrar det att ta en flytande form, såsom molndroppar, regn, hagel eller snö.

när varm, fuktig luft stiger blir den svalare och svalare. Och när det svalnar bildas mer små vattendroppar. Du kan förvänta dig att vattendropparna bara faller ner som regn, men istället händer något roligt. Du vet hur svett kyler vår hud när den torkar och byter från vätska till gas? Tja, när gas förvandlas till vätska, händer det exakta motsatsen: det avger faktiskt värme.

detta innebär att molndropparna nu omges av en liten filt av varm luft. Och vad gör varm luft? Den stiger! Inte så långt, för luften kommer att svalna igen när den går upp.

nu är vårt pussel komplett: moln består av små droppar vatten, som knappast påverkas av tyngdkraften, inbäddade i fuktig luft, som är lättare än torr luft. Och de är omgivna av små varma filtar av luft, som lyfter dem upp mot himlen. Det är så moln som väger miljarder ton kan hålla sig flytande upp på himlen.

Hej, nyfikna barn! Om du har en fråga som du vill att en expert ska svara, be en vuxen att skicka den till [email protected]. Se till att de innehåller ditt namn, ålder (och, om du vill, vilken stad du bor i). Alla frågor är välkomna-allvarliga, konstiga eller galna!

Jim McQuaid, docent i Atmosfärskomposition, University of Leeds. Denna artikel publicerades ursprungligen på konversationen. Läs den ursprungliga artikeln.
Bild 1: windy_sydney / Flickr, CC BY-NC