Отвечаем почемуч­кам: почему облака не падают на землю

На самом деле облака все-таки падают. Только очень медленно.

В рубрике «Отвечаем почемучкам» помогаем родителям отвечать на детские вопросы, которые когда-то волновали каждого из нас. Для дошкольников — коротко и понятно. Для ребят постарше — глубже и с опорой на науку.

Объясняем, что такое облако, откуда в нем берется вода и почему до сих пор ни одному человеку на земле облако не упало на голову.

Облака — это крошечные капельки воды или кристаллики льда. Они настолько мелкие, что поднимающиеся от поверхности земли потоки воздуха не дают им упасть.

Но сказать, что облака вообще не падают, нельзя. Капельки или кристаллики льда в облаках двигаются, сталкиваются и сливаются. Если вместе соберется достаточно много капелек или кристаллов, образуются более крупные — и поток воздуха будет уже не в силах поднять их. И тогда они падают из облака в виде дождя или снега.

Облако — это множество крошечных капелек воды или кристаллов льда. Размер этих капелек — 10—40 микрометров  , что в 2—6 раз меньше, чем толщина человеческого волоса. Хотя и жидкая вода, и твердый лед прозрачные, облака кажутся нам белыми, потому что солнечный свет много раз отражается и рассеивается на границах капель и кристаллов.

Большие массы легкого теплого и плотного холодного воздуха двигаются, сталкиваются и создают множество атмосферных явлений: облака, ветер и даже торнадо. Все зависит от разницы температур, того, как соприкасаются воздушные массы и на какой высоте. Поэтому облаков множество — расскажем о них подробнее.

🌥️ Кучевые облака быстро формируются, когда теплый воздух поднимается от поверхности земли. Обычно их можно наблюдать летом, и это признак хорошей погоды.

☁ Кучево-дождевые облака образуются из кучевых. Это высокие структуры, внутри которых вверх и вниз могут двигаться потоки воздуха. Снизу они выглядят темно-серыми — свинцовыми. Их также называют грозовыми, поскольку именно они приносят грозы с весенними и летними дождями.

🌧️ Слоистые облака, из которых идут бесконечные осенние дожди, появляются там, где теплый воздух медленно поднимается и постепенно охлаждается на больших территориях — на побережьях или над равнинами.

🌫️ Высококучевые облака похожи на клочья шерсти или стада овец. Они возникают там, где нисходящий поток холодного сухого воздуха встречается с восходящим потоком теплого влажного.

🌦️ Высокослоистые облака закрывают небо сплошным слоем, сквозь который слабо просвечивает Солнце или Луна.

🌀 Перистые облака выглядят полупрозрачными, потому что состоят не из капель воды, а из довольно крупных падающих кристаллов льда. Эти облака образуются на большой высоте, и падающие льдинки не достигают поверхности земли. Потоки воздуха или ветер могут создавать из этих кристалликов льда очень причудливые рисунки перистых облаков.

Воздух вокруг нас состоит в основном из кислорода и азота. Но в нем в небольших количествах есть и другие вещества, в том числе вода. При температуре +20 °C в кубическом метре воздуха может быть до 17 граммов воды — почти две столовые ложки. Мы не видим ее, потому что она там не в виде капель или кристаллов льда, а в виде пара — газа из отдельных молекул воды.

Вода постоянно испаряется — из влажной почвы, рек, морей и океанов. Именно они главный источник облаков. За сутки на нашей планете успевает испариться триллион тонн воды. Воздух, как губка, вбирает испаренную воду — чем выше его температура, тем больше воды он может набрать.

Когда вода испаряется с поверхности Земли, в облака ее доставляет воздух. Он поднимается вверх по двум причинам:

1. Водяной пар легче воздуха, потому что молекулы воды легче молекул азота и кислорода, из которых состоит земная атмосфера. Поэтому влажный воздух легче сухого и поднимается вверх.
2. Более теплый воздух легче холодного. Когда солнечные лучи нагревают поверхность нашей планеты, воздух вблизи нее нагревается и тоже поднимается вверх.

Когда становится холоднее, воздух может удержать меньше воды: холод как бы отжимает губку. Водяной пар превращается в капельки жидкой воды, а если температура ниже 0 °C — в кристаллы льда. Этот процесс называют конденсацией. Например, видимый пар изо рта в морозный день, туман или иней — это вода, которая сконденсировалась из теплого влажного воздуха, когда он остыл.

Наверху давление ниже — это чувствовал каждый, кто хоть раз летал на самолете. Когда давление падает, воздух и водяной пар расширяются и остывают. Но чтобы молекулы могли слипаться и конденсироваться в капли, им нужно за что-то зацепиться — за крошечную пылинку или кристаллик соли из морских брызг. Они настолько крошечные, что не падают на землю, а летают в воздухе.

На этих пылинках или соляных кристаллах начинает конденсироваться вода — получаются капли, а из множества капель — облака. В каждом кубическом сантиметре обычного летнего кучевого облака около 300 крошечных капель размером 10—15 микрометров — в 5—10 раз меньше толщины человеческого волоса.

Зимой или на большой высоте, где температура ниже 0 °C, образуются сразу кристаллы льда, а не капли жидкой воды. Но вообще, в облаках могут быть одновременно и лед, и вода.

На самом деле облака падают — просто очень медленно. Капли размером 10—15 микрометров за час опускаются всего на 20—30 метров. Но до земли они не долетают: когда капли выходят за нижнюю границу облака, они испаряются — превращаются в невидимый глазом водяной пар.

Каплям мешает падать и восходящий поток теплого воздуха. Он одновременно и несет снизу новую воду, и поднимает мелкие капли, пока они не станут довольно крупными. К тому же когда капли растут, они немного нагревают воздух вокруг — это усиливает восходящие потоки.

Если воды в облаке достаточно много, капли сливаются друг с другом. Чем больше капля, тем проще ей объединиться с другими и тем быстрее образуются еще более крупные капли. Когда они становятся настолько крупными, что поток воздуха уже не может поднять их, капли падают вниз в виде дождя.

Размер дождевых капель может быть разным.

☔ Если воды в воздухе много и она быстро остывает наверху — например, в кучево-дождевых облаках, — а мощные потоки воздуха снизу не дают падать мелким каплям, дождь может достигнуть 5—7 миллиметров в диаметре. Примерно такие капли в летнем ливне. А если воздушные потоки забрасывают их очень высоко, они замерзают и выпадают в виде града.

💧 В слоистых облаках капли растут долго. А так как снизу их не подпирает теплый воздух, падают они довольно мелкими — в виде мороси. Зато такие дожди могут идти продолжительное время, потому что каплям не нужно расти до крупного размера.

Если ребенок заинтересовался интересными фактами про облака, смену погоды и в целом природные явления, вот что еще можно ему предложить:

• красивое видео о том, как возникает гроза, с понятными подробностями о тучах, громе и молниях;
• короткий видеоролик о видах облаков, которые можно встретить в атмосфере Земли;
• настольную игру «Времена года» для дошкольников. Поможет выучить названия месяцев, связь времен года, погоду, сезонные активности;
• книгу о погоде «Когда в Африке идет дождь» для младших школьников. Вместе с норвежским мальчиком Петером читатели узнают, как появляется дождь, отчего бывает засуха и даже откуда взялось Солнце;
• книгу Л. Крилен «Облака. Изучаем и наблюдаем». Автор не просто рассказывает про облака, но и объясняет, что надо взять с собой настоящему исследователю облаков;
• книгу «Как устроена Земля» — она большая, яркая, с клапанами для старших дошкольников и младших школьников. Расскажет об облаках, вулканах, литосферных плитах, океанах и о Земле в целом;
• «Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков». Читатель узнает, как распознать среди облаков предвестников как хорошей, так и неспокойной погоды, а еще поймет значение облачности для мировой литературы, искусства и естествознания.

Другие вопросы почемучек, на которые мы ответили:

1. Почему небо голубое?
2. Почему море соленое?
3. Куда падают звезды?
4. Почему арбуз — не ягода?