Zakaj so oblaki beli in sivi? Svinčeni oblak: razlogi za nastanek in zakaj je nevaren
Mnogi od nas, tudi v daljnem otroštvu, smo se vsaj enkrat vprašali podobno vprašanje: zakaj je nebo nad nami modro? Navsezadnje je svetloba, ki nas doseže naravnost od Sonca, v bistvu bela, ne modra. Vendar ko so ljudje odraščali, verjetno niso izgubili zanimanja za to vprašanje. Mnogi ne bi imeli nič proti, če bi potešili svojo radovednost in vseeno izvedeli, zakaj je nebeški svod ravno moder.
Zakaj je nebo modro: fizika
Fizika vam bo pomagala podrobneje poglobiti v vse zapletenosti tega vprašanja, kjer so znanstveniki že dolgo ugotovili razloge in vse temeljito preučili. Sadove njihovega marljivega dela lahko samo okusimo.
Torej, začnimo s tem, kar razlikuje naš planet od drugih - prisotnost zraka, ki ga živi organizmi lahko dihajo. Čeprav njegova sestava vključuje dušik, kisik, ogljikov dioksid, vodno paro in različne prašne delce, ki so nenehno v gibanju, kljub temu ostaja popolnoma prozoren. Toda sončna svetloba ima ogromno barv, poznamo jih kot barve mavrice. Vsaka od sedmih barv ima svoj val, žarek in vsi so različno dolgi.
Da bi sončna svetloba dosegla zemljo, se mora prebiti skozi ogromno zračno plast. Pri prehodu svetlobe skozi zrak se žarki začnejo sipati, pri modri barvi pa se ta proces zgodi intenzivneje. To je razloženo zelo preprosto - valovna dolžina modre svetlobe je najkrajša. Tako je s stališča fizike razložena modrina neba.
Na naše vprašanje je odgovorila fizika "zakaj je nebo modro", kaj pa oblaki, saj imajo bel odtenek, čeprav so v zraku. Logično bi bilo domnevati, da bi se sončni žarki razpršili skozi oblake na enak način kot pri prehodu skozi zrak. Toda tega vprašanja je treba obravnavati z nekoliko drugačnega zornega kota.
Oblaki so najprej drobni delci vode, ki so izhlapeli s površine zemlje in se združili v plinasto maso. Toda ne glede na to, kako majhni so ti delci, bodo še vedno veliko večji od molekule zraka. Prav v velikosti molekul se skriva odgovor na to vprašanje.
Kot vemo, sončni žarki, ki prodirajo v Zemljino atmosfero, na svoji poti naletijo na oviro - zrak, ki jo je mogoče premagati le z razpršitvijo. Toda ta metoda ne deluje z oblaki zaradi enake velikosti molekul. Svetloba, ki se sreča z mikrokapljico vode, se ne lomi, ampak se, nasprotno, odbija od njene površine.
To omogoča, da sončni žarek ostane v prvotni barvni paleti, to je belo, medtem ko obarva molekule oblakov belo.
Ali veste, kako nastanejo oblaki, zakaj nekateri postanejo oblaki, drugi pa ostanejo bujna snežno bela jagnjeta? O tem vam bo povedal naš neverjeten nov izdelek "Clouds". Opazujemo in študiramo” - je za prave ljubitelje oblakov in zakaj vseh starosti.
Zakaj so oblaki beli in črni, kako se rodijo oblaki in fatamorgane in ali res obstaja Društvo ljubiteljev oblakov? Pogovorimo se.
To je moto mednarodne organizacije The Cloud Appreciation Society, ki jo je leta 2004 v Angliji ustanovil Gavin Praetor-Pinney. Združuje 30.000 ljubiteljev oblakov iz 94 držav. To so ljudje, ki sanjajo, da bi drugim razkrili lepoto oblačnega neba. Pridruži se nam!
Samo ležati morate na travi in opazovati oblake. Ali pa samo poglejte navzgor. Kadar hočeš.
Kako se rodi oblak?
Ko se vroč zrak meša s hladnim zrakom, se ohladi in lahko doseže rosišče. Pojavi se kondenzacija. Vodna para, ki se usede na delec v zraku, se spremeni v kapljice ali ledene kristale, ki, ko se zberejo skupaj, tvorijo oblak.
Najpogosteje se to zgodi, ko se vroč zrak dvigne od tal in sreča hladen zrak zgoraj – v ozračju. Oblaku podoben pojav lahko opazimo tudi na površju zemlje. Zemlja ali voda, segreta čez dan, se ohlajata počasneje kot zrak. Ko hladen nočni zrak pride v stik s toplim zrakom blizu površine zemlje ali vode, nastane megla.
Ilustracija iz knjige
Da, da, tudi megla je sestavljena iz oblačnih elementov. V bistvu je velik oblak, ki leži na tleh.
Zakaj so oblaki beli in oblaki črni?
Če so oblaki narejeni iz kapljic, zakaj so beli? Ker elementi oblaka odbijajo svetlobo: kristali in kapljice se lesketajo v sončnih žarkih. In manjši kot so elementi in večje kot je število, bolj bel je oblak.
Sivi, modrikasti in črni nevihtni oblaki so sestavljeni iz istih kapljic. Le da lahko v težkih oblakih mečejo sence druga na drugo (in celo nase), zato so videti temnejše. Obstajajo tudi gostejši oblaki – sestavljeni so iz velikih kristalov in kapljic, zato sončni žarki ne morejo prodreti skoznje. Videti so temni in zlovešči, gledani s tal.
Ilustracija iz knjige
Če pa jih preletite, na primer z letalom, bodo popolnoma bele.
Kako nastane fatamorgana
Ko se topel zrak dvigne, nastane oblak. Ta tok vročega dvigajočega se zraka imenujemo termični. Na njem letijo ptice in jadralna letala.
Termo lahko opazite, če v vročem dnevu pogledate na asfaltirano cesto. Zdi se, da se zrak nad asfaltom trese, cesta pa kot da je prekrita z lužami. Ta pojav se imenuje fatamorgana.
Privid lahko vidimo, ko se srečata vroč in hladen zrak, ki imata različno gostoto. Na meji medijev z različno gostoto se svetlobni žarek lomi in vidimo fatamorgano.
Oblaki niso le kosmi bombaža, ki blokirajo sonce. Niso nič manj lepe od zvezd. Ko boste prebrali to knjigo, se boste prepričali sami.
Če ob pogledu skozi okno vidite, kako je nebo prekrito s svinčenimi oblaki, in ne morete razumeti razloga za to, kar se je zgodilo, potem je v redu. Morda boste morali le zapolniti nekaj vrzeli v znanju ali osvežiti spomin, da se boste bolje zavedali, od kod oblaki sploh prihajajo. In tudi takrat boste razumeli, ali bi se jih morali bati.
Kaj so oblaki
Ne glede na to, kako izgledajo oblaki na nebu, ali so skoraj prozorni, kot tančica ali neprebojni, kot svinčeni oblak, vsi so iz vode. Dejstvo je, da ko se zrak segreje, vlaga, ki se nahaja na površini zemlje, prevzame plinasto stanje in se dvigne na vrh, kjer zaradi nižje temperature zraka kondenzira. Vendar pa je za nastanek oblakov potrebna ena podrobnost - prah. Že na začetku procesa njihovega nastajanja se molekule vode prilepijo na njene najmanjše delce, nato pa nastanejo kapljice in ledeni kristali, ki bodo kasneje postali dež. V ugodnih razmerah za rast oblaki pridobijo prostornino, postanejo težji, se pogrezajo vse nižje in na koncu njihova vsebina izpade kot padavine.
Višina oblakov se lahko spreminja od 100 m od Zemlje do 30 km, odvisno od vremenskih razmer, podnebja in stopnje njihovega razvoja. Toda nastanejo ravno na nadmorski višini do 14 km, med zgornjimi plastmi troposfere in površjem Zemlje. Višina, na kateri oblaki najprej nastanejo in se nato usedejo, je odvisna od njihove vrste. Da bi končno razumeli, kateremu od njih pripadajo tako imenovani svinčeni oblaki, preidimo na njihov opis.
Klasifikacija oblakov
Ko gledate v nebo, lahko vidite tri vrste oblakov:
- Cirrus. Praviloma so beli, izgledajo kot ogromni trakovi, ukrivljeni ali ravni, razporejeni po nebu. Nahajajo se na nadmorski višini 6-10 km, njihova debelina je od 100 m do 2 km, njihova zgradba pa je običajno kristalna.
- Večplastna. Ime govori samo zase, zdi se, da so oblaki te vrste naloženi drug na drugega v urejeni plasti in so pogosto različnih odtenkov, zaradi česar so še lepši. Nahajajo se na nadmorski višini 0,1-0,7 km, imajo debelino 0,2-0,8 km in imajo pretežno kapljično strukturo.
- Kumulus. Spominjajo na velike snežno bele snežne zamete, ki lebdijo visoko v nebu. Običajno na nadmorski višini 800-1500 m, širina od 100 m do 2 km.
Pogosto lahko opazite njihove kombinacije, kot so cirostratusi, stratokumulusi ipd. Če vam je pogled padel na svinčeni oblak, potem je verjetno že pred vami oblak nimbostratus ali kumulonimbus. Morda bo kmalu začelo deževati.
Razlog za nastanek svinčenega oblaka
Vsi vedo, da obstaja neposredna povezava med barvo oblakov in njihovo sposobnostjo padanja dežja. Če se na obzorju pojavi temen oblak, bodo v bližnji prihodnosti verjetno padle padavine, ki jih bo morda spremljala nevihta. Toda včasih lahko pogled na svinčene oblake na nebu iskreno preseneti, da bo celo odrasla oseba imela vprašanje o razlogu za njihov videz. Pravzaprav se ne razlikujejo od navadnih oblakov. Enostavno so se pojavili pravi pogoji za njihovo rast, potem pa so zaradi velike količine vlage in gostote popolnoma prenehali prepuščati sončno svetlobo in se zdeli tako zastrašujoči. Včasih vpliva tudi onesnažen zrak, zaradi katerega v oblake pride velika količina saj in prahu, ki postanejo bolj črni. In končno, glede potrebnih pogojev za nastanek svinčenega oblaka:
- Nestabilnost zračne mase, ki se dviga navzgor;
- Prisotnost toplega in hladnega zraka (pogosteje pozno poleti, spomladi in zgodaj jeseni).
In vse, kar je treba storiti, ko se pojavi, je samo zaščititi se pred udarom strele.
Prav užitek je poleti opazovati mimoidoče kumuluse in poskušati razložiti, zakaj so včasih svetli, včasih temni. Ko je oblak obsijan s Soncem, je bleščeče bel, ko pa gre oblak nad nami, njegovo dno postane sivo ali popolnoma temno. Kapljice vode v oblaku so tako blizu druga drugi, da je videti kot skoraj popolnoma neprozorno belo telo - belo, ker svetloba komaj prodre skozi oblak, vendar se zelo dobro odbija od številnih kapljic. Če je Sonce prekrito s kumulusi, so videti temni, vendar so robovi oblakov vedno svetli: "vsak oblak ima srebrno podlogo."
Tako nam porazdelitev svetlobe in sence daje zanimive informacije o različnih delih oblaka – zgornjem, spodnjem, sprednjem, zadnjem in o dejanski obliki te ogromne tvorbe. Ni vedno enostavno dobiti pravilne predstave o njegovih razmerjih, pa tudi o položaju oblaka glede na Sonce. Če so na primer oblaki pred menoj in je Sonce nekaj daleč nad njim, bom zmeden, da bom videl samo sence (slika 169, a). Ne morem si predstavljati veličine
riž. 169. Svetloba in sence na kumulusih: a) kako vidimo pokrajino
opazovalec, gledano od severa proti jugu; b) napačni osebni vtisi opazovalca in slike, ki jo pričakuje videti; c) kako so stvari v resnici. V primerih b) in c) opazovalec gleda od vzhoda proti zahodu. Sonce je na jugu.
razdalje do Sonca, nezavedno menim, da je zelo blizu in zato se mi zdi, da bi moral biti del AB osvetljen (slika 169, 6). Pravzaprav sončni žarki, ki osvetljujejo oblak, potekajo vzporedno s črto, ki povezuje Sonce z mojim očesom (slika 169, c).
Naj bo še tako muhasta igra svetlobe in sence, naj bo zadeva še tako zapletena zaradi senc, ki jih meče en oblak na drugega, se zdi nemogoče samo s tem razložiti vse razlike v barvah kumulusov.
I. Levitan
Ko se nebo po nevihti razjasni in na njem ostane le še nekaj kumulusov, močno osvetljenih s Soncem in nameščenih tako, da senca enega od njih ne more pasti na drugega, postanejo ti oblaki vedno temnejši in končno pred popolnoma izginejo, postanejo modro-črne. Splošni vtis je, da tanki deli kumulusov, ki jih vidimo na modrem nebu, niso "modri+beli" (kot bi lahko pričakovali), temveč "modri+črni".
Po drugi strani pa je kumulusni oblak videti siv, če ga vidimo na ozadju drugega velikega oblaka, ki je popolnoma bel, tako da ne more biti govora o povečanju svetlosti zgolj zaradi povečanja skupne debeline plasti. Fizika teh pojavov, čeprav jih opazujemo vsak dan, še vedno ni dobro razumljena. Seveda bi morali biti zelo previdni glede ideje, da oblaki dejansko absorbirajo svetlobo; najprej je treba poskusiti razložiti pojav s predpostavko, da so oblaki trdne bele tvorbe, nato se spomniti, da v resnici niso nič drugega kot megla, ki sipa svetlobo, in končno upoštevati, da lahko oblaki vsebujejo temne prašne delce.
Zanimivo je primerjati oblake z belo paro (ne dimom!) parne lokomotive. V nekaterih primerih je para videti bolj bela, če jo gledamo pod večjim kotom na vpadno svetlobo, in manj svetla, če jo opazujemo iz smeri Sonca. , ko oko zazna žarke, ki se odbijajo skoraj v smeri vpadanja. V drugih primerih, ne glede na smer gledanja, je para veliko svetlejša od najsvetlejših delov kumulusa; To je lahko posledica večje oddaljenosti od oblakov in oslabitve svetlobe zaradi sipanja v zraku.
Georgij Nissky. Jesen. Semaforji
Temni kumulusi so na velikih razdaljah pogosto videti modrikasti. To ni barva samih oblakov, temveč svetloba, razpršena v ozračju med oblakom in našim očesom. Bolj ko je tak temen oblak oddaljen, bolj se njegova barva približuje barvi neba. Po drugi strani pa svetli oblaki blizu obzorja postanejo rumenkasti.
Upoštevati bi morali tudi druge oblake in poskušati razložiti, na primer, zakaj so deževni oblaki tako sivi, zakaj imajo nevihtni oblaki posebno svinčeno barvo, ki je vidna poleg obledele oranžne. Ali ni to prah? Naši podatki o vsem tem pa so tako nepopolni, da se bomo omejili na to, da bralca pozovemo k neodvisnim ugotovitvam.
Porazdelitev svetlosti po nebesnem svodu, ko je ta v celoti in enakomerno pokrit z oblaki, je zelo značilna in se zdi, da dopolnjuje porazdelitev na jasnem nebu. Primerjajte na primer uporabo ogledala, zenita in obzorja: pri jasnem nebu je zenit vedno temnejši; Razmerje svetlosti je od 3 do 5 (fotografije X1X in XX).
V razdelku o vprašanju Zakaj so oblaki beli in nevihtni oblaki črni? podala avtorica Natalija Natalija najboljši odgovor je, da je v navadnih oblakih običajno malo kapljic vode; Sončna svetloba se odbija od zunanje strani takih delcev. Pri takem odboju ne pride do loma, odbita svetloba ostane bela; V nevihtnih oblakih (tudi v velikih gostih oblakih) je veliko več vode, kar pomeni, da se absorbira več svetlobe, vendar je tudi večja verjetnost, da se bo svetloba odbijala od tal navzgor - zato so oblaki spodaj videti temni ... V oblakih (oblakih) ni ničesar razen vode (v obliki pare ali ledenih kristalov), pravzaprav je to bistvo oblaka/oblaka. Oblaki se lahko zdijo tudi bolj črni zaradi relativno nizke višine "leta", sonce pa lahko sije bolj vstran kot v sredino zgoraj.
Odgovori od Pmkemeuts[novinec]
ker sončni žarki ne prehajajo skozenj
Odgovori od Leonid[guru]
Vse je odvisno od velikosti SAMega OBLAKA in nenazadnje tudi od velikosti vodnih kapljic. Samo če natančno pogledate, so tudi navadni oblaki v različnih odtenkih - s prehodom iz bele v sivo. To pomeni, da je jasno, da 1) se bela razlikuje od sive preprosto v količini svetlobe, ki doseže spodnjo mejo oblaka, in 2) ključni dejavnik je, koliko sončne svetlobe mora potovati skozi oblak. Čim gostejši je oblak (nevihtni oblaki so debeli več kilometrov!), več svetlobe se razprši/absorbira. To pomeni, da čim manj tega doseže spodnjo mejo oblaka. To pomeni, da je temnejša videti od SPODAJ. Če pogledate nevihtni oblak od zgoraj (lahko iz letala), potem so tam vsi oblaki beli, ker se odboj zgodi na enak način, absorpcija, ko gledate s STRANI SVETLOBNEGA VIRA, pa ne vpliva.
Odgovori od Lexus Swift[guru]
Ker so beli oblaki sestavljeni predvsem iz velikih kapljic vode, se sončna svetloba, ki prehaja skozenj, ne razdeli na komponente in ostane bela. Oblaki imajo gostejšo strukturo in odbijajo svetlobne žarke nazaj navzgor, zato se nam zdi, da so oblaki črni.
Odgovori od Četrta dimenzija[guru]
Velikost vodnih kapljic v oblaku je precej velika, svetloba pa se odbija od njihove zunanje površine. Pri tem odboju se svetloba ne razgradi na sestavne barve, ampak ostane bela. Zelo gosti oblaki so videti črni, ker prepuščajo malo sončne svetlobe – bodisi jo absorbirajo vodne kapljice v oblaku ali pa se odbijejo navzgor.