في بعض الأحيان تصل السحب إلى أحجام هائلة ببساطة - حتى لو كانت على الأرض وتنظر إلى الأعلى من مسافة بعيدة، فلا يسع المرء إلا أن يندهش من أشكالها الغريبة وأحجامها المذهلة. بالنسبة لأولئك الذين لم يتلقوا بعد المعرفة عن طبيعتها، وكذلك لأولئك الذين يعرفون أن السحب تتكون من قطرات ماء صغيرة جدًا، غالبًا ما يظل سبب عدم سقوط السحب غير واضح. كيف يتم حفظهم في السماء؟

ما هي الغيوم

وسبب السؤال عن سبب عدم سقوط السحاب ومبرر الإجابة عليه هو معرفة ماهية هذه السحب ذاتها.

كل سحابة عبارة عن مجموعة من جزيئات الماء الصغيرة في شكل سائل أو ثلج. يمكن أن يكون حجم هذه القطرات ضئيلًا تمامًا - أقل بكثير من جزء من المليون من المتر (المعروف أيضًا باسم الميكرومتر)، أو يصل إلى عدة ملليمترات.

ومع ذلك، فإن أي قطرة صغيرة تظل أثقل من الهواء. لماذا في هذه الحالة يسقط جزء فقط من الرطوبة على شكل هطول؟ كيف يتم الاحتفاظ بالكتلة المتبقية في السماء؟

لماذا لا تسقط الغيوم

يمكن إعطاء إجابة مختصرة على هذا السؤال على النحو التالي: تبقى السحب في السماء بسبب تفاعل جزيئات الهواء مع جزيئات الماء الدقيقة. تحدد الأصغر منها مسارًا عشوائيًا في حالة الاصطدام، والأكبر منها تدعم التيارات الهوائية الدافئة الموجهة نحو القطرات المتساقطة تحت تأثير الجاذبية، فتقاوم سقوطها وترتفع إلى منطقة درجات الحرارة المنخفضة عن الأرض الساخنة.

إذا نظرنا بمزيد من التفصيل إلى سبب عدم سقوط السحب، يجب علينا أولاً أن نذكر الحركة البراونية - وهي تتميز بالحركة الفوضوية لأصغر الأجزاء المرئية من المادة الصلبة الموجودة في وسط غازي أو سائل، والتي تحدث بسبب تغير في موضع جزيئات هذا الوسط ناتج بدوره عن التأثيرات الحرارية. سميت على اسم العالم الذي اكتشف هذه الظاهرة - روبرت براون.

الحركة البراونية هي الحركة العشوائية للجزيئات المرئية المجهرية من مادة صلبة معلقة في سائل أو غاز، ناجمة عن الحركة الحرارية لجزيئات السائل أو الغاز. تم اكتشافه في عام 1827 من قبل روبرت براون. الحركة البراونية لا تتوقف أبدًا. وهي مرتبطة بالحركة الحرارية، ولكن لا ينبغي الخلط بين هذه المفاهيم. الحركة البراونية هي نتيجة ودليل على وجود الحركة الحرارية.

تتضمن الحركة البراونية جسيمات سحابية أصغر من جزء من المليون من المتر. تدفع جزيئات الهواء هذه القطرات الصغيرة وتجعلها تتحرك في مسار غير متوقع.

جزيئات الماء التي يصل حجمها إلى ميكرومتر أو أكثر لا تخضع للحركة البراونية - فهي كبيرة جدًا وثقيلة جدًا بحيث لا تتمكن جزيئات الهواء من دفعها بنجاح. تبدأ هذه القطرات بالسقوط تحت تأثير الجاذبية. إلا أن مقاومة الهواء تعمل في الاتجاه المعاكس، وتتناسب قوتها مع سرعة السقوط. وبفضل هذا، يتوقف الهبوط عن التسارع أثناء سقوطه ويستمر في التحرك لأسفل بسرعة ثابتة. يصطدم جزيء الماء المتطاير بهذه الطريقة بتيارات هوائية دافئة في طريقه، مما قد يؤدي إلى إبطاء حركته، أو إيقافه، أو حتى رمي القطرة إلى الأعلى - في الاتجاه المعاكس.

ولهذا السبب لا تسقط السحب على الأرض. وتتكون من جزيئات ماء مختلفة الحجم، وهي محتجزة في السماء بسبب خصائص البيئة الجوية التي توجد فيها.

دور الهطول في حياة السحب

ماذا يحدث لجزيئات الماء الكبيرة والثقيلة جدًا وقطرات الماء غير المعلقة في الهواء والتي لا تقذفها تياراتها إلى الأعلى؟ بعد أن تراكمت في سحابة واحدة بكميات كبيرة، فإنها تحولها إلى سحابة وتسقط على الأرض كأمطار - مطر أو ثلج أو برد - أو تتبخر في طريقها إلى سطح الأرض.

وفي هذه الرحلة أيضًا، يمكن أن تغير القطرات حجمها - تنقسم إلى قطرات أصغر أو تنمو وتندمج مع الآخرين.

يعلم الجميع أن السحب تتكون من قطرات صغيرة من الماء أو بلورات الجليد. قطرات الماء في السحابة لها أقطار مختلفة - من أجزاء من الميكرومتر إلى عدة ملليمترات. مهما كانت قطرة الجليد صغيرة، فهي لا تزال أثقل من الهواء. لذلك يطرح سؤال طبيعي: كيف تبقى قطرات الماء (وفي نفس الوقت السحابة ككل) في الهواء ولا تسقط على الأرض؟ وفي الوقت نفسه يطرح سؤال آخر: تحت أي ظروف تتوقف قطرات الماء عن التعلق في الهواء وتسقط على الأرض على شكل مطر؟

لنبدأ بأصغر القطرات التي يبلغ نصف قطرها جزءًا من الميكرومتر. يتم منع مثل هذه القطرات من السقوط عن طريق التأثيرات العشوائية لجزيئات الهواء في الحركة الحرارية الفوضوية. تُسمى هذه الحركة بالبراونية - على اسم عالم النبات الإنجليزي ر. براون، الذي اكتشفها عام 1828. تجبر تأثيرات جزيئات الهواء القطرة على الارتداد في اتجاهات مختلفة؛ ونتيجة لذلك، فإنه يتحرك على طول مسار مكسور بشكل غريب.

كلما كانت القطرة أثقل، كلما صعب على جزيئات الهواء تحريكها من مكانها، وبالتالي قل دور الحركة البراونية. ولكن في نفس الوقت يزداد تأثير الجاذبية. عندما يصبح نصف قطر القطرة أكبر من الميكرومتر، تتوقف حركتها عن أن تكون براونية. يبدأ الهبوط بالسقوط تحت تأثير الجاذبية، ويتسارع تدريجياً. وبعد ذلك يبدأ العامل الجديد الذي يمنع السقوط من السقوط في لعب دور كبير - وهو مقاومة الهواء. بالتزامن مع تسارع الهبوط، تنشأ قوة مقاومة الهواء المؤثرة على الهبوط وتبدأ في الزيادة. يتم توجيهه عكس الجاذبية ويتناسب مع سرعة الهبوط.

ومع زيادة قوة السحب، تزداد سرعة السقوط ببطء أكثر فأكثر. عندما تتساوى قوة مقاومة الهواء مع قوة الجاذبية، تتوقف الزيادة في سرعة السقوط، ومن ثم يسقط السقوط بالتساوي. يمكن إبطاء مثل هذه القطرة المتحركة بشكل منتظم وحتى رفعها عن طريق تدفق الهواء الدافئ إلى الأعلى. والأرض التي تسخنها الشمس هي مصدر دائم لمثل هذه التيارات الهوائية الصاعدة.

بالإضافة إلى ذلك، مع سقوط القطرة، قد تتبخر ببساطة. أو تنقسم إلى قطرات أصغر.

لكن القطرة يمكن، على العكس من ذلك، أن تصبح أكبر: دمجها مع الآخرين أو تكثيف البخار الإضافي على سطحها، ثم ستظل تسقط على الأرض. هذه هي الطريقة التي يحدث بها هطول الأمطار. بمعنى ما، يمكنك حتى القول أن هطول الأمطار (المطر أو الثلج) هو سقوط السحب على الأرض، فقط في الواقع تكون قطرات المطر أو رقاقات الثلج كبيرة جدًا وثقيلة جدًا بحيث لا يمكن أن تكون مكونات للسحب.

سؤال جيد. لأنه، كما نعلم من الكتب المدرسية، تتكون السحب من قطرات صغيرة من الماء وبلورات ثلجية صغيرة، وهي بطريقة أو بأخرى أثقل من الهواء.

كيف يبقون في القمة؟ أين الجاذبية التي يضرب بها المثل؟ ولماذا ينتهي هذا الاحتفاظ في كثير من الأحيان بتساقط قطرات على شكل مطر؟

إن نظرية الحركة المستمرة، الملقبة بالبراونية، والتي تعتمد على حقيقة أن القطرات التي يبلغ نصف قطرها جزءًا من الميكرومتر يتم منعها من السقوط بسبب اصطدام جزيئات الهواء بها، مما يمنح هذه القطرات حركة عشوائية، لا تفسر سوى جزء من المشكلة، ولكنها لا تفسر ذلك. الجميع.

لماذا يصبح هذا القطرة فجأة أكبر حجما ووزنا، ولم تعد جزيئات الهواء قادرة على دفعها من مكانها؟ ومن الواضح أنه عندما تتوقف حركة القطرة وتتوقف، تبدأ في السقوط. وذلك عندما يتم تشغيل الجاذبية - عندما تتوقف القطرة. ولكن بعد ذلك تبدأ مقاومة الهواء... إنه مثل عرض السيرك عندما يركب راكب دراجة أو دراجة نارية على أسطح عمودية. إذا توقفوا، فسوف يسقطون. ولكن عندما يركبون لا يسقطون. إنهم مقيدون، عمليا، بالحركة...

ويقولون إن السحب، التي تتكون من قطرات وبلورات الجليد، "تثبت" عاليا وتمنع من السقوط بسبب التيارات الهوائية الصاعدة من الأرض، والتي تسخنها الشمس. ولهذا السبب، يقولون، يمكن للطيور أن تحلق فوق الأرض دون أن ترفرف بأجنحتها.

ما الذي يبقي الغيوم في السماء عندما يحل الليل؟ وحتى بدون قمر؟ وإذا، على سبيل المثال، يحتاج النسر بشكل عاجل إلى الطيران في مكان ما في أعماله، فهل سيتعين عليه باستمرار أن يرفرف بجناحيه في الليل، مثل نشرة مجنونة أو لم تنضج بعد؟

ويعتقد أن الغيوم لا تزال تتساقط. على شكل مطر أو ثلج. ومع ذلك، فإن رقاقات الثلج، وحتى قطرات المطر، أثقل من أن تكون مكونات للسحب. أي أن أجسامًا مختلفة تمامًا تسقط من جسم أو جسم واحد. يحدث هذا في القصص الخيالية. أو عند أداء خدعة من قبل المخادع ...

أو ربما لا تكون السحابة شيئًا على الإطلاق، بل هي عملية معينة تحدث بشكل مستمر. ونحن نرى ما نرى، أي ما يُسمح لنا برؤيته. لأننا إذا رأينا جوهر العملية، فإما أننا لن نفهم شيئًا لعينًا، أو سنتصل بالمجهول ونرى وجه الله، وهو أمر غير مقبول على الإطلاق بالنسبة للبشر.

أو ربما لا تسقط السحب على الأرض لأنها تعرف فقط كيف تطير؟

ربما كان هذا هو المقصود في الأصل؟ ففي نهاية المطاف، إذا تمكنوا من السقوط على الأرض، فإن الكثير منا سيتعرضون للموت إذا سقطنا تحت الكثير من الجليد والماء. لكن هذا لم يكن ضمن خطط الخالق. لأن النفس البشرية يجب أن تتحمل التجارب، ولا تتحرر دفعة واحدة من كل المشاكل والهموم، فتدفن مع الجسد تحت أطنان من الماء والجليد.

أو ربما هذه صورة حية مرسومة أو معروضة لنا على الكرة السماوية، مثل ثلاثية الأبعاد؟ مثل، على سبيل المثال، قوس قزح أو النجوم. قوس قزح يتلألأ ويومض بالألوان، والنجوم تتوهج وتلمع. وتطفو السحب وتأخذ أشكالاً مختلفة وتشبه الحيوانات والطيور وحتى البشر. وكل هذا حتى لا نحزن كثيرًا على الأرض. ففي النهاية ما يُرسم لا يسقط..

غيوم خفيفة ورقيقة ومتجددة الهواء - تطفو فوق رؤوسنا كل يوم وتجعلنا نرفع رؤوسنا ونعجب بالأشكال الغريبة والأشكال الأصلية. أحيانًا يخترقها قوس قزح ذو مظهر مذهل، وأحيانًا في الصباح أو المساء أثناء غروب الشمس أو شروقها، تضيء الغيوم بأشعة الشمس، مما يمنحها لونًا مذهلاً وساحرًا للروح. لقد كان العلماء يدرسون السحب الهوائية وأنواع السحب الأخرى لفترة طويلة. لقد أعطوا إجابات على الأسئلة المتعلقة بنوع هذه الظاهرة وما هي أنواع السحب الموجودة.

في الواقع، ليس من السهل تقديم تفسير. لأنها تتكون من قطرات ماء عادية يرفعها الهواء الدافئ من سطح الأرض. تتشكل أكبر كمية من بخار الماء فوق المحيطات (يتبخر هنا ما لا يقل عن 400 ألف كيلومتر مكعب من الماء في عام واحد)، وعلى الأرض - أقل بأربع مرات.

وبما أن الطبقات العليا من الغلاف الجوي أكثر برودة بكثير من الأسفل، فإن الهواء هناك يبرد بسرعة كبيرة، ويتكثف البخار، ويشكل جزيئات صغيرة من الماء والجليد، ونتيجة لذلك تظهر السحب البيضاء. يمكن القول أن كل سحابة هي نوع من مولدات الرطوبة التي يمر من خلالها الماء.

الماء في السحابة هو في الحالة الغازية والسائلة والصلبة. يؤثر الماء الموجود في السحابة ووجود ذرات الجليد فيها على مظهر السحب وتكوينها وكذلك على طبيعة هطول الأمطار. ونوع السحابة هو الذي يحدد نسبة الماء في السحابة، فعلى سبيل المثال، تحتوي السحب الدشّة على أكبر كمية من الماء، بينما تحتوي السحب الطبقية المزنية على كمية أقل من الماء بثلاث مرات. يتميز الماء الموجود في السحابة أيضًا بالكمية المخزنة فيها - احتياطي الماء في السحابة (الماء أو الجليد الموجود في عمود السحابة).

لكن كل شيء ليس بهذه البساطة، لأنه لكي تتشكل السحابة، تحتاج القطرات إلى حبيبات مكثفة - جزيئات صغيرة من الغبار أو الدخان أو الملح (إذا كنا نتحدث عن البحر)، والتي يجب أن تلتصق بها ويجب أن تتشكل حولها . هذا يعني أنه حتى لو كان تكوين الهواء مشبعًا تمامًا ببخار الماء، فلن يتمكن من التحول إلى سحابة بدون غبار.

يعتمد الشكل الدقيق للقطرات (الماء) بشكل أساسي على مؤشرات درجة الحرارة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي:

• إذا تجاوزت درجة حرارة الهواء الجوي -10 درجة مئوية، فستتكون السحب البيضاء من قطرات الماء؛
• إذا بدأت درجة حرارة الغلاف الجوي في التقلب بين -10 درجة مئوية و -15 درجة مئوية، فإن تركيب السحب سيكون مختلطًا (قطري + بلوري)؛
• فإذا كانت درجة الحرارة في الغلاف الجوي أقل من -15 درجة مئوية، فإن السحب البيضاء سوف تحتوي على بلورات ثلجية.

بعد التحولات المناسبة، اتضح أن 1 سم 3 من السحابة يحتوي على حوالي 200 قطرة، وسيكون نصف قطرها من 1 إلى 50 ميكرومتر (متوسط ​​القيم من 1 إلى 10 ميكرومتر).

تصنيف السحابة

ربما تساءل الجميع ما هي أنواع السحب الموجودة؟ عادةً ما يحدث تكوين السحب في طبقة التروبوسفير، ويبلغ الحد الأعلى لها في خطوط العرض القطبية 10 كم، وفي خطوط العرض المعتدلة - 12 كم، وفي خطوط العرض الاستوائية - 18 كم. في كثير من الأحيان يمكن ملاحظة الأنواع الأخرى. على سبيل المثال، تقع اللؤلؤة عادة على ارتفاع 20 إلى 25 كم، والفضة - من 70 إلى 80 كم.

في الأساس، لدينا الفرصة لمراقبة السحب التروبوسفيرية، والتي تنقسم إلى الأنواع التالية من السحب: الطبقات العليا والمتوسطة والسفلى، وكذلك التطور الرأسي. تظهر جميعها تقريبًا (باستثناء النوع الأخير) عندما يرتفع الهواء الدافئ الرطب إلى الأعلى.

إذا كانت الكتل الهوائية في طبقة التروبوسفير في حالة هدوء، تتشكل السحب الرقيقة والسحب الطبقية (السمحاقية والطبقية العليا والطبقية المزنية) وإذا تحرك الهواء في التروبوسفير على شكل موجات، تظهر السحب الركامية (السمحاقية الركامية والركامية المتوسطة والطبقية الركامية).

السحب العليا

نحن نتحدث عن سحب سمحاقية وسحب سمحاقية ركامية وسحب سمحاقية طبقية. تشبه السحب السماوية الريش أو الأمواج أو الحجاب. كلها شفافة وتنقل أشعة الشمس بحرية أكبر أو أقل. يمكن أن تكون رقيقة جدًا أو كثيفة جدًا (السمحاق الطبقي)، مما يعني أنه من الصعب على الضوء المرور عبرها. يشير الطقس السحابي إلى اقتراب جبهة حرارية.

يمكن أن تحدث السحب الرقيقة أيضًا فوق السحب. وهي مرتبة في خطوط تعبر قبو السماء. في الغلاف الجوي تقع فوق السحب. وكقاعدة عامة، لا تسقط الرواسب منها.

في خطوط العرض الوسطى، توجد السحب البيضاء ذات المستوى العلوي عادة على ارتفاع يتراوح من 6 إلى 13 كم، وفي خطوط العرض الاستوائية أعلى بكثير (18 كم). في هذه الحالة، يمكن أن يتراوح سمك السحب من عدة مئات من الأمتار إلى مئات الكيلومترات، والتي يمكن أن تكون موجودة فوق السحب.

تعتمد حركة السحب العليا عبر السماء بشكل أساسي على سرعة الرياح، لذا يمكن أن تتراوح سرعتها من 10 إلى 200 كم/ساعة. تتكون سماء السحابة من بلورات ثلجية صغيرة، لكن طقس السحب لا يوفر هطولًا عمليًا (وإذا حدث ذلك، فلا توجد طريقة لقياسها في الوقت الحالي).

سحب متوسطة (من 2 إلى 6 كم)

هذه هي السحب الركامية والسحب الطبقية. في خطوط العرض المعتدلة والقطبية، تقع على مسافة 2 إلى 7 كيلومترات فوق الأرض، وفي خطوط العرض الاستوائية يمكن أن ترتفع أعلى قليلاً - حتى 8 كيلومترات. جميعها لها بنية مختلطة وتتكون من قطرات ماء ممزوجة ببلورات الجليد. نظرًا لأن الارتفاع صغير، فهي تتكون بشكل أساسي في الموسم الدافئ من قطرات الماء، وفي موسم البرد - من قطرات الجليد. صحيح أن هطول الأمطار منهم لا يصل إلى سطح كوكبنا - فهو يتبخر في الطريق.

السحب الركامية شفافة قليلاً وتقع فوق السحب. لون السحب أبيض أو رمادي، داكن في بعض الأماكن، يشبه طبقات أو صفوف متوازية من كتل مستديرة أو أعمدة أو رقائق ضخمة. السحب الطبقية الضبابية أو المتموجة هي حجاب يحجب السماء تدريجياً.

تتشكل بشكل رئيسي عندما تدفع جبهة باردة جبهة دافئة إلى الأعلى. وعلى الرغم من أن هطول الأمطار لا يصل إلى الأرض، فإن ظهور السحب المتوسطة المستوى دائمًا تقريبًا (باستثناء، ربما على شكل برج) يشير إلى تغير في الطقس نحو الأسوأ (على سبيل المثال، عاصفة رعدية أو تساقط الثلوج). يحدث هذا نظرًا لحقيقة أن الهواء البارد نفسه أثقل بكثير من الهواء الدافئ ويتحرك على طول سطح كوكبنا، فهو يزيح بسرعة كبيرة كتل الهواء الساخنة إلى الأعلى - ولهذا السبب، مع ارتفاع عمودي حاد للهواء الدافئ، يصبح اللون الأبيض وتتكون أولاً سحب الطبقة الوسطى، ثم السحب الممطرة التي تحمل سماءها الرعد والبرق.

سحب منخفضة (تصل إلى 2 كم)

تحتوي السحب الطبقية والسحب الممطرة والسحب الركامية على قطرات ماء تتجمد في جزيئات الثلج والجليد خلال موسم البرد. تقع على ارتفاع منخفض جدًا - على مسافة تتراوح من 0.05 إلى 2 كم وهي عبارة عن غطاء منخفض كثيف ومنتظم ونادرًا ما يقع فوق السحب (أنواع أخرى). لون الغيوم رمادي . تبدو السحب الطبقية وكأنها أعمدة كبيرة. غالبًا ما يكون الطقس الغائم مصحوبًا بهطول الأمطار (أمطار خفيفة، ثلج، ضباب).

غيوم التطور العمودي (الاتفاقيات)

السحب الركامية نفسها كثيفة جدًا. يشبه الشكل إلى حد ما القبة أو البرج ذو الخطوط العريضة المستديرة. يمكن أن تتمزق السحب الركامية في الرياح العاصفة. وتقع على مسافة 800 متر من سطح الأرض فما فوق، ويتراوح سمكها من 1 إلى 5 كيلومتر. وبعضها قادر على التحول إلى سحب ركامية وتقع فوق السحب.

يمكن العثور على السحب الركامية على ارتفاعات عالية إلى حد ما (تصل إلى 14 كم). تحتوي مستوياتها السفلية على الماء، وتحتوي المستويات العليا على بلورات ثلجية. ويصاحب ظهورها دائمًا زخات مطر وعواصف رعدية وفي بعض الحالات تساقط البرد.

الركام والمزن الركامي، على عكس السحب الأخرى، يتشكلان فقط مع ارتفاع عمودي سريع جدًا للهواء الرطب:

1. يرتفع الهواء الدافئ الرطب بشكل مكثف للغاية.
2. في الأعلى، تتجمد قطرات الماء، ويصبح الجزء العلوي من السحابة أثقل، ويغوص ويمتد باتجاه الريح.
3. وبعد ربع ساعة تبدأ عاصفة رعدية.

غيوم الغلاف الجوي العلوي

في بعض الأحيان يمكنك ملاحظة السحب الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي في السماء. على سبيل المثال، على ارتفاع 20 إلى 30 كم، تتشكل سحب السماء اللؤلؤية، والتي تتكون بشكل رئيسي من بلورات الجليد. وقبل غروب الشمس أو شروقها، يمكنك في كثير من الأحيان رؤية السحب الفضية، التي تقع في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، على مسافة حوالي 80 كم (ومن المثير للاهتمام أن هذه السحب السماوية تم اكتشافها فقط في القرن التاسع عشر).

يمكن أن توجد السحب في هذه الفئة فوق السحب. على سبيل المثال، السحابة القلنسية هي سحابة صغيرة وأفقية وشديدة الطبقية والتي غالبًا ما توجد فوق السحب مثل السحب الركامية والركامية. يمكن أن يتشكل هذا النوع من السحب فوق سحابة الرماد أو سحابة النار أثناء الانفجارات البركانية.

كم من الوقت تعيش الغيوم؟

تعتمد حياة السحب بشكل مباشر على رطوبة الهواء الموجود في الغلاف الجوي. إذا كان هناك القليل منه، فإنها تتبخر بسرعة كبيرة (على سبيل المثال، هناك سحب بيضاء لا تدوم أكثر من 10-15 دقيقة). إذا كان هناك الكثير، فيمكن أن يستمروا لفترة طويلة، وينتظرون تشكيل ظروف معينة، ويسقطون على الأرض في شكل هطول الأمطار.

بغض النظر عن المدة التي تعيشها السحابة، فإنها لن تكون أبدًا في حالة دون تغيير. الجسيمات التي تتكون منها تتبخر باستمرار وتعاود الظهور. وإن كانت السحابة ظاهريًا لا يتغير ارتفاعها، فهي في الحقيقة في حركة مستمرة، إذ تنزل القطرات الموجودة فيها، وتتحرك في الهواء تحت السحابة وتتبخر.

سحابة في المنزل

من السهل جدًا صنع السحب البيضاء في المنزل. على سبيل المثال، تعلم أحد الفنانين الهولنديين إنشائه في شقته. للقيام بذلك، عند درجة حرارة معينة، ومستوى الرطوبة والإضاءة، أطلق القليل من البخار من آلة الدخان. السحابة التي تظهر قادرة على الاستمرار لعدة دقائق، والتي ستكون كافية لتصوير ظاهرة مذهلة.

لماذا لا تسقط السحب على الأرض؟

يعلم الجميع أن السحب تتكون من قطرات صغيرة من الماء أو بلورات الجليد. قطرات الماء في السحابة لها أقطار مختلفة - من أجزاء من الميكرومتر إلى عدة ملليمترات. مهما كانت قطرة الجليد صغيرة، فهي لا تزال أثقل من الهواء. لذلك يطرح سؤال طبيعي: كيف تبقى قطرات الماء (وفي نفس الوقت السحابة ككل) في الهواء ولا تسقط على الأرض؟ وفي الوقت نفسه يطرح سؤال آخر: تحت أي ظروف تتوقف قطرات الماء عن التعلق في الهواء وتسقط على الأرض على شكل مطر؟

لنبدأ بأصغر القطرات التي يبلغ نصف قطرها جزءًا من الميكرومتر. يتم منع مثل هذه القطرات من السقوط عن طريق التأثيرات العشوائية لجزيئات الهواء في الحركة الحرارية الفوضوية. تُسمى هذه الحركة بالبراونية - على اسم عالم النبات الإنجليزي ر. براون، الذي اكتشفها عام 1828. تجبر تأثيرات جزيئات الهواء القطرة على الارتداد في اتجاهات مختلفة؛ ونتيجة لذلك، فإنه يتحرك على طول مسار مكسور بشكل غريب.

كلما كانت القطرة أثقل، كلما صعب على جزيئات الهواء تحريكها من مكانها، وبالتالي قل دور الحركة البراونية. ولكن في نفس الوقت يزداد تأثير الجاذبية. عندما يصبح نصف قطر القطرة أكبر من الميكرومتر، تتوقف حركتها عن أن تكون براونية. يبدأ الهبوط بالسقوط تحت تأثير الجاذبية، ويتسارع تدريجياً. وبعد ذلك يبدأ العامل الجديد الذي يمنع السقوط من السقوط في لعب دور كبير - وهو مقاومة الهواء. بالتزامن مع تسارع الهبوط، تنشأ قوة مقاومة الهواء المؤثرة على الهبوط وتبدأ في الزيادة. يتم توجيهه عكس الجاذبية ويتناسب مع سرعة الهبوط.

ومع زيادة قوة السحب، تزداد سرعة السقوط ببطء أكثر فأكثر. عندما تتساوى قوة مقاومة الهواء مع قوة الجاذبية، تتوقف الزيادة في سرعة السقوط، ومن ثم يسقط السقوط بالتساوي. يمكن إبطاء مثل هذه القطرة المتحركة بشكل منتظم وحتى رفعها عن طريق تدفق الهواء الدافئ إلى الأعلى. والأرض التي تسخنها الشمس هي مصدر دائم لمثل هذه التيارات الهوائية الصاعدة.

بالإضافة إلى ذلك، مع سقوط القطرة، قد تتبخر ببساطة. أو تنقسم إلى قطرات أصغر.

لكن القطرة يمكن، على العكس من ذلك، أن تصبح أكبر: دمجها مع الآخرين أو تكثيف البخار الإضافي على سطحها، ثم ستظل تسقط على الأرض. هذه هي الطريقة التي يحدث بها هطول الأمطار. بمعنى ما، يمكنك حتى القول أن هطول الأمطار (المطر أو الثلج) هو سقوط السحب على الأرض، فقط في الواقع تكون قطرات المطر أو رقاقات الثلج كبيرة جدًا وثقيلة جدًا بحيث لا يمكن أن تكون مكونات للسحب.