Z pierzastej chmurki mały deszcz. Ale dlaczego w ogóle pada?
Widząc niektóre rodzaje chmur, wiemy, że możemy spodziewać się deszczu lub innych zjawisk atmosferycznych. Ale samo powstawanie deszczu jest bardzo złożonym procesem, który zależy od szerokości geograficznej.
Aby powstał deszcz, najpierw muszą powstać chmury. Para wodna ulega kondensacji, która wymaga... zanieczyszczeń w powietrzu. Oczywiście te emitowane przez człowieka nie są mile widziane. Potrzebne do rozwoju chmur wystarczą np. z wybuchów wulkanów, pyłów z pustyń, które są wywiewane przez wiatr, czy pyłów, które są przynoszone na Ziemię z przestrzeni kosmicznej (np. poprzez spalanie się meteorytów). To tak zwane jądra kondensacji. Wokół nich gromadzi się woda, tworząc chmurę.
Wznoszenie się powietrza w chmurze
Powstanie i rozwój chmur wiąże się z istnieniem pionowych prądów powietrza. W chmurach Altostratus i Nimbostratus, związanych z nadejściem frontu ciepłego, prędkość wznoszenia jest niewielka i wynosi około 0,2 m/s. Podczas przejścia frontu chłodnego i zokludowanego prędkość wznoszenia wynosi około 1m/s.
W chmurach kłębiastych takich jak bardziej rozwinięte chmury Cumulus i Cumulonimbus, które związane są z prądami konwekcyjnymi, czyli unoszeniem się nagrzanego powietrza, pionowa prędkość wznoszenia może być znacznie większa niż na froncie atmosferycznym. Przeciętnie jest to 4-5 m/s.
Deszcz w strefie tropikalnej
Najprostsza metoda powstawania opadu to wzrost średnicy kropel deszczu i przekroczenie ich wagi, powyżej której wznoszące się powietrze nie jest w stanie ich unieść. To tak zwany proces koagulacji. Początkowo niewielkie kropelki zaczynają się łączyć, a opadając, zbierają kolejne. Lecąc w dół, tworzy się za nimi obszar, gdzie powietrze jest rozrzedzone, przez co ciągną za sobą inne mniejsze kropelki.
W zależności od intensywności mieszania się powietrza, spotkamy się z różną intensywnością opadu. Lecąc na ziemię, deszcz osiąga przeciętnie prędkość 5m/s.
Proces koagulacji jest odpowiedzialny za powstawanie około 50 proc. opadów w strefie tropikalnej i 10 proc. w strefie umiarkowanej.
Opad w strefie umiarkowanej
Czasem w chmurze małe kropelki wody mogą wyparować, a następnie para wodna będzie resublimować na kryształkach lodu, które są obecne w chmurze ze względu na panującą tam niską temperaturę. Kryształki lodu mogą w takiej sytuacji być jądrami kondensacji. Proces powstawania opadu z udziałem kryształków lodu nosi nazwę Bergerona-Findeisena i odpowiada za powstanie około 90 proc. opadów w strefie umiarkowanej i około 50 proc. w strefie tropikalnej
Taniec w chmurze
Zanim jednak deszcz spadnie z nieba, opadające kropelki wody mogą się rozrywać. Mniejsza waga powstałych drobinek wody sprawi, że znów prąd wznoszący może je unieść. Lecąc do góry, znów będzie zwiększała się ich średnica i waga, aż zaczną znów spadać. Taki taniec może powtarzać się wielokrotnie. Dopiero gdy kropelki przekroczą wagę i prędkość uniemożliwiającą ich ponowne wznoszenie, zaczynają spadać. Przeciętnie spadająca kropla deszczu ma 2-3 milimetry.
Podobnie łamać i zwiększać się mogą kryształki lodu. Gdy temperatura poniżej chmury jest dodatnia, kryształki topią się i powstaje deszcz. Jeżeli jest ujemna, mamy opad śniegu.
Nieco inaczej jest w przypadku gradzin. Aby mogły być utrzymane w chmurach, prędkość prądów wznoszących musi być znacznie większa. Przykładowo, aby utrzymać grad wielkości 1 cm, prąd musi osiągnąć prędkość nawet 10 m/s. Podczas opadu, grad może osiągnąć prędkość kilkadziesiąt km/h.
Opad a zmiany klimatu
W związku z globalnym ociepleniem, w cieplejszym powietrzu, zgodnie z zasadami fizyki, zmieści się więcej pary wodnej.
Niestety przyczynia się to zmniejszenia ilości opadu, a sam deszcz będzie padał z większą intensywnością. Przesuszone podłoże nie jest w stanie wchłonąć wody, w związku z czym dominuje spływ powierzchniowy. Niestety, intensywne i krótkotrwałe opady będą trafiały do rzek, zwiększając ryzyko powodzi.
