В ясный день мы видим воздушные, невесомые облака. Но что, если мы скажем вам, что эта пушистая «вата» над головой на самом деле — гигантский водный резервуар весом с океанский лайнер или даже целый город? Здравый смысл подсказывает: всё тяжёлое должно падать. Почему же тогда облака, чья масса порой исчисляется миллионами тонн, не обрушиваются на нас всем своим весом?
Представьте себе кубический километр неба — вообразите огромный прозрачный куб со стороной в 1000 метров.
Теперь заполните его миллиардами невидимых глазу частиц: микроскопических капелек воды или ледяных кристаллов диаметром всего около 10 микрометров (это в 100 раз тоньше человеческого волоса!).
Их концентрация так мала, что в одном кубометре облака содержится примерно полграмма воды. Кажется, что это ничто? Но умножьте это на объём среднего облака — и получите сотни тонн!
Учёные, как детективы, вычисляют вес этих небесных странников. Маргарет Лемон из Национального центра атмосферных исследований США придумала остроумный метод: она измеряла размер тени, которую облако отбрасывало на землю, оценивала его высоту, вычисляла объём и — вуаля! — получала массу.
Оказалось, что знакомые нам пушистые кучевые облака — это вовсе не легковесы, а настоящие тяжеловесы атмосферы.
Вес облака напрямую зависит от его «породы»:
Перистые облака (тонкие «косички» на высоте 8-10 км) — аристократы лёгкости: 10-100 тонн.
Пушистые кучевые (те самые, на которые похожи на слоны и замки) — уже солиднее: 250-500 тонн.
Грозовые великаны (кучево-дождевые) — настоящие титаны: до 25 миллионов тонн! Это вес примерно 4-х Великих пирамид Гизы.
Слоистые (серое «одеяло» неба) — неприметные рекордсмены: могут нести до 800 миллионов тонн воды.
Почему же они не падают? Секрет — в размере и балансе сил.
Во-первых, закон Архимеда работает и для облаков! Тёплый влажный воздух внутри облака менее плотный, чем окружающий сухой холодный воздух. Облако, по сути, «плавает» в атмосфере, как воздушный шар или кусок дерева в воде.
Во-вторых, игра скоростей. Одна микроскопическая капля падает со смехотворной скоростью — около 1 см/сек. Ей противостоят невидимые восходящие потоки воздуха, которые поднимаются со скоростью в несколько метров в секунду. Представьте шарик для пинг-понга в мощном потоке воздуха из фена — он будет парить, не падая. Так и триллионы капель поддерживаются восходящими движениями.
Так когда же облако «ломается» и начинает падать? Всё решает рост капель. Пока они микроскопические, потоки их держат. Но в толще облака происходит непрерывная «дискотека»: капли сталкиваются, сливаются и растут. Когда-то крошечная капля превращается в «тяжеловеса» диаметром 1-2 мм, восходящий поток уже не может её удержать. Она прорывается вниз, по пути собирая соседей, — так рождается дождевая капля.
Интересно, что облако никогда не падает целиком, как камень. Оно постепенно «отдаёт» свою массу в виде миллионов мелких капель, распределяя вес во времени и пространстве. Это гениальная система естественного контроля: небо опорожняет свои «водохранилища» дозированно, а не одним катастрофическим обвалом.
Миллионы тонн воды висят над нами благодаря хрупкому, но устойчивому равновесию: микроскопическому размеру капель, силе Архимеда и постоянному танцу восходящих и нисходящих потоков. Это основа метеорологии, позволяющая предсказывать дождь и засуху, планировать полёты и урожаи.