Mraky byly vždy předmětem lidského studia. Když jsme byli malí, mnozí z nás se divili z čeho jsou mraky. Mraky často vypadají jako vata nebo velké plovoucí polštáře, ale ve skutečnosti toto zdání klame. V tomto článku podrobně objevíme, co jsou mraky, jak se tvoří a jaké existují různé typy. Kromě toho uvidíme, jakou roli hrají mraky v klimatu a jak ovlivňují každodenní život.
Z čeho jsou mraky
Jednoduše řečeno, oblak je masa kapičky vody, ledové krystalky nebo obojí, suspendované v atmosféře. Tyto částice vznikají v důsledku kondenzace vodní páry přítomné v atmosféře. Ačkoli je často popisována jako vodní pára, ve skutečnosti je vodní pára neviditelná; To, co ve skutečnosti vidíme, jsou ty drobné kapičky nebo ledové krystalky, které odrážejí sluneční světlo.
Tvorba cloudu vyžaduje tři základní složky: vodní pára, částice v atmosféře a nízké teploty. Vodní pára pochází hlavně z odpařování vody stoupající z oceánů, řek a jezer, z transpirace rostlin a ledová sublimace (když pevný led přechází přímo do páry, aniž by procházel kapalným skupenstvím).
Tato suspendovaná pára však nemůže sama o sobě vytvářet mraky. Aby se vodní pára shlukla a zkondenzovala do viditelných kapiček, vyžaduje to, co vědci nazývají „kondenzační jádra«. Tato jádra jsou jednoduché částice suspendované ve vzduchu, jako je prach, pyl, zrnka soli z oceánů nebo popel ze sopek a lesních požárů. Tyto částice mají hygroskopické vlastnosti (tj. mají tendenci přitahovat vodu), což umožňuje molekulám vlhkosti shlukovat se a vytvářet kapičky.
Prostřednictvím kondenzace na těchto jádrech se kapky vody a ledové krystaly stanou viditelnými a vytvoří to, co známe jako mraky. Pokud jsou teploty dostatečně nízké, kapičky se mohou proměnit v ledové krystaly.
Tvorba mraků
Ke kondenzaci vodní páry je nutné, aby vzduchová hmota stoupala do atmosféry, kde jsou nižší teploty. To se může stát několika způsoby. Jeden z nejčastějších se vyskytuje v důsledku konvekce, kdy Slunce ohřívá povrch Země a toto teplo se přenáší do vzduchu nad ním. Jak se vzduch ohřívá, stává se méně hustým a stoupá. Když stoupá, naráží na chladnější vrstvy atmosféry, což způsobuje kondenzaci vodní páry do viditelných kapiček.
Dalším způsobem, jak ochladit vzduchovou hmotu, je průchozí orografický výstup. K tomu dochází, když je vzduchová hmota nucena stoupat, když narazí na horu nebo jinou geografickou bariéru. Vzduch se při stoupání ochlazuje a pokud obsahuje dostatek vláhy, vytvoří se na návětrné straně (tam, kde fouká vítr) orografická oblaka.
A konečně, vzestup vzduchových mas může nastat také frontálně, tedy tam, kde se masa horkého vlhkého vzduchu setká s masou studeného vzduchu. V tomto případě je horký vzduch nucen stoupat nad studený vzduch, což opět způsobuje kondenzaci páry do kapiček nebo krystalů, které tvoří mraky.
Jakmile vzduchová hmota dostatečně stoupne a ochladí se na rosný bod, vodní pára začne kondenzovat na kondenzačních jádrech a vytváří první kapky kapalné vody. Po dosažení určité velikosti se tyto kapky začnou vzájemně srážet a spojují se v procesu známém jako „kolizní koalescence“. V závislosti na jejich složení jsou mraky klasifikovány několika způsoby, jak uvidíme níže.
Typy mraků
Klasifikace mraků může být provedena na základě různých faktorů, jako je jejich tvar a výška, ve které se nacházejí. Moderní systém klasifikace mraků byl vyvinut v roce 1803 Lukem Howardem, britským chemikem a meteorologem, a rozděluje mraky do různých kategorií, které používáme dodnes:
- Cirriformy: Jsou to vysoké tenké mraky, které na obloze často vypadají jako bílé peří. Jsou tvořeny ledovými krystalky.
- Kumuliformní: Vyznačují se svou nabobtnalou a houbovitou strukturou, jako chomáče bavlny. Tyto mraky se vyvíjejí vertikálně, často za slunečných dnů.
- Stratiformní: Jsou to mraky, které na obloze tvoří souvislou a jednotnou vrstvu. Často pokrývají velké plochy a mohou přinést slabý nebo vytrvalý déšť.
- Nimbiformy: Jsou to mraky schopné produkovat intenzivní srážky a jsou obecně spojovány s bouřkami nebo trvalým deštěm.
Klasifikace podle výšky:
Mraky jsou také klasifikovány podle jejich výšky:
- Nízká oblačnost: Mezi 0 a 2 km nadmořské výšky, jako např vrstvy, což může způsobit trvalé mrholení, nebo stratocumulus, vrstva oblačnosti s nízkou základnou.
- Střední oblačnost: Mezi 2 a 6 km nadmořské výšky, jako např altocumulus nebo vysoké vrstvy, která může být předzvěstí důležitých meteorologických změn.
- Vysoká oblačnost: Nad 6 km, as cirrové mraky, které jsou tvořeny ledovými krystalky a obvykle značí dobré počasí.
- Vertikální vývojové mraky: Tento typ mraků, jako cumulonimbus, mohou dosahovat velkých výšek a jsou obvykle spojeny se silnými bouřkami a přívalovými dešti.
Proč plují mraky?
Mraky se mohou na obloze roztáhnout na míle daleko, a přestože obsahují velké množství vody, zdá se, že se snadno vznášejí ve vzduchu. To je způsobeno dvěma hlavními faktory: nízká hustota kapek vody a jev vztlaku.
Kapky vody v oblaku jsou tak malé, že jejich hmotnost je ve srovnání s okolní vzduchovou hmotou zanedbatelná. Navíc se mraky typicky tvoří ve vrstvách teplejšího vzduchu, který je méně hustý než chladnější vzduch kolem nich. To vytváří vzestupnou sílu, vztlak, který udržuje mraky v atmosféře.
Například mrak o velikosti 1 kubický kilometr může obsahovat přibližně 1.000 XNUMX tun vody, ale množství vzduchu, které jej obklopuje, je mnohem větší, což umožňuje tomuto mraku „vznášet se“.
Proč jsou mraky bílé?
Mraky mají bílou nebo šedou barvu kvůli tomu, jak kapičky vody a ledové krystalky rozptylují sluneční světlo. Sluneční světlo, které je bílé, je tvořeno kombinací všech barev viditelného spektra. Když se světlo srazí s kapičkami nebo krystaly mraku, je rozptýleno do všech směrů a se stejnou intenzitou.
Bílé mraky jsou ty, jejichž kapky nejsou dostatečně velké, aby rozptylovaly světlo nerovnoměrně. Když jsou však kapky vody v oblacích větší, jako v bouřkových oblacích, světlo se rozptyluje do všech stran a s různou intenzitou, takže vypadají tmavší nebo šedivější.
Navíc, pokud se podíváme na mrak zespodu a slunce je za ním, může se zdát tmavší, protože část světla je blokována částicemi mraků.
Význam mraků v klimatu
Mraky hrají klíčovou roli v klimatu planety. Během dne mohou mraky odrážet část solární radiace zpět do vesmíru, ochlazování zemského povrchu. Tento efekt je nejvíce patrný u nízké, husté oblačnosti, jako je kupř stratocumulus, které zvyšují albedo (schopnost odrážet světlo) Země.
Na druhou stranu mohou mraky fungovat i jako „teplá přikrývka“, která zachycuje teplo vyzařované zemským povrchem v noci a brání mu v rozptylu do vesmíru. Tento jev je známý jako skleníkový efekt a je výraznější u střední a vysoké oblačnosti.
Rovnováha mezi těmito dvěma procesy určuje, zda mraky ochlazují nebo ohřívají klima. Nízká, hustá oblačnost má tendenci přispívat více k ochlazování, zatímco vysoká oblačnost, jako jsou cirry, má tendenci vytvářet čisté oteplování. To je důvod, proč je nezbytné studovat mraky, abychom pochopili, jak ovlivňují globální klima a jak mohou ovlivnit změna klimatu.
Kromě vlivu na teplotu jsou mraky hlavním mechanismem, kterým dochází ke změně klimatu. srážky, distribuce vody po celé planetě a napájení řek, jezer a vodonosných vrstev.
Konečně nám mraky nabízejí nejen vizuální podívanou, ale hrají zásadní roli při regulaci klimatu a distribuci vody na Zemi. Bez nich by koloběh vody nemohl být dokončen a život na naší planetě by byl velmi odlišný.