Облака

Облака - взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности Земли. Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше -10°C; от -10 до -15°C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже -15°C - кристаллические.

При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки (в виде мороси, снежных зёрен или слабого мелкого снега) могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) - слоистых, слоисто-кучевых.

Обычно облака наблюдаются в тропосфере. Тропосферные облака подразделяются на виды, разновидности и по дополнительным признакам в соответствии с международной классификацией облаков:

Облака верхнего яруса (в средних широтах высота от 6 до 13 км)
- Перистые (Cirrus, Ci)
- Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc)
- Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs)
Облака среднего яруса (в средних широтах высота от 2 до 6 км)
- Высококучевые (Altocumulus, Ac)
- Высокослоистые (Altostratus, As)
Облака нижнего яруса (в средних широтах высота до 2 км)
- Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns)
- Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)
- Слоистые (Stratus, St)
Облака вертикального развития (облака конвекции)
- Кучевые (Cumulus, Cu)
- Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb).

Изредка наблюдаются другие виды облаков: перламутровые облака (на высоте 20-25 км) и серебристые облака (на высоте 70-80 км).

История изучения

Первыми непосредственными наблюдателями за облаками стали воздухоплаватели, поднимавшиеся на воздушных шарах, которыми был установлен факт, что все наблюдаемые формы облаков по своему строению распадаются на две группы:

Облака из водяных частиц в жидком виде.
Облака из мелких ледяных кристалликов.

Подъёмами на воздушных шарах и наблюдениями при восхождениях на горы был констатирован другой факт, что строение облаков первой группы, когда наблюдатель окружен таким облаком со всех сторон, ничем не отличается от обыкновенного тумана, наблюдаемого вблизи земной поверхности; что наблюдателю внизу казалось облаками, держащимся на склоне горы или на некоторой высоте в атмосфере, то наблюдателю, попавшему в такое облако, представлялось туманом. Со времен Галлея и Лейбница было уже известно и подтверждено непосредственным наблюдением, что отдельные частицы тумана, а, следовательно, и облака, имеют шарообразную форму. Для объяснения того, почему эти шарики держатся в воздухе в равновесии, была предложена гипотеза, что эти шарообразные частицы тумана состоят из воздушных пузырьков, окруженных тончайшей водяной оболочкой (везикюлей - как такие пузырьки были названы); при достаточных размерах пузырьков и достаточно тонкой оболочке (расчёт, сделанный Клаузиусом показал, что толщина водяной оболочки должна быть не более 0,0001 мм) сопротивление воздуха их падению должно быть настолько значительно, что падение везикюлей может совершаться очень медленно, и они должны представляться плавающими в воздухе, а при самом слабом восходящем потоке их падение может перейти даже в восходящее движение. Гипотеза эта приобрела широкое распространение, после того, как Клаузиусу удалось, основываясь на предполагаемой необычайно тонкой водяной оболочке везикюлей, дать объяснение голубому цвету неба. Одновременно с везикюлярной гипотезой существовало и другое мнение, считавшее водяные шарики туманов состоящими сплошь из жидкой воды. Трудность рассматривания под микроскопом водяных шариков привела к тому, что подобные наблюдения над ними удалось сделать в достаточно надежной форме только в 1880 году, когда впервые Динес (Dines), наблюдая водяные шарики, из которых состоят туманы в Англии, пришел к заключению, что наблюдаемые им частицы тумана суть настоящие капельки воды, размеры которых колеблются от 0,016 до 0,127 мм. Позднее подобные же наблюдения были сделаны Ассманом на вершине Брокена, которая - особенно в холодное время года — находится в области наиболее энергичного образования облаков различных форм, образующихся то несколько выше, то немного ниже, то как раз на её высоте. Ассман убедился, что все наблюденные им формы облаков, содержащих жидкую воду, состоят из настоящих капелек, размеры которых меняются между 0,006 мм (в верхних частях облаков) и 0,035 мм (в нижних его частях). Капельки эти наблюдались жидкими даже при температуре -10°С; только прикасаясь к какому-нибудь твёрдому телу (например, предметное стеклышко микроскопа) они моментально превращались в ледяные иголочки. Наконец, Обермайер и Будде показали, что если исходить из явлений капиллярных, существование везикюлей не может быть допущено. Таким образом эта гипотеза ушла в прошлое. Исследования Стокса и расчёты, сделанные Максвеллом, доказали, что слабого потока, подымающегося со скоростью не более 0,5 метров в секунду, достаточно, чтобы остановить падение водяных капелек. Относительно второй группы облаков, образующихся обыкновенно на больших высотах - как перистые и перисто-слоистые - наблюдения воздухоплавателей показали, что эти формы состоят исключительно из воды в твердом состоянии. Мириады ледяных кристалликов и иголочек, подобных тем, которые наблюдаются нередко в нижних слоях атмосферы падающими в тихие, морозные дни зимой, - часто даже при безоблачном небе, - образующих правильные гексагональные пластинки или шестисторонние призмы от микроскопически малых до видимых простым глазом, держатся в верхних слоях атмосферы и образуют то отдельные волокна или перистые пучки, то однообразным слоем распространены на большие пространства, придавая небу белесоватый оттенок при перисто-слоистой облачности.

Для образования облаков необходим переход пара в капельножидкое состояние. Однако, теоретические изыскания Бецольда, основанные на опытах Эйткена, показали, что этот переход есть явление весьма сложное. Весьма остроумными опытами Эйткен констатировал, что одного охлаждения воздушных масс ниже температуры их насыщения водяными парами ещё недостаточно, чтобы пар перешел в капельножидкое состояние: для этого необходимо присутствие хотя бы мельчайших твёрдых частиц, на которых и начинает собираться в капли конденсирующийся в жидкость пар. Когда воздух, переполненный водяными парами, совершенно чист, пары, даже перейдя через температуру насыщения, не обращаются, однако, в жидкость, оставаясь пересыщенными. Некоторые газообразные тела, как, например озон и азотистые соединения, также могут содействовать образованию водяных капелек. Что твёрдые тела действительно играют роль при образовании облаков, это можно было видеть уже из наблюдений, установивших существование грязных дождей. Наконец, чрезвычайно яркие зори, наблюдавшиеся вслед за извержением вулкана Кракатау в 1883 году, показали присутствие мельчайших частиц выброшенной извержением пыли на весьма больших высотах. Все это объяснило возможность поднятия сильными ветрами микроскопически мелких частиц пыли весьма высоко в атмосферу и мнение Эйткена и Бецольда о необходимости присутствия твердых частиц для образования облаков получило обоснование.

Современные методы

В начале 1930-х гг. в Ленинградском институте экспериментальной метеорологии (ЛИЭМ) под руководством В. Н. Оболенского были начаты экспериментальные и теоретические работы по исследованию облаков. В марте 1958 года по инициативе Н.С. Шишкина был создан самостоятельный «Отдел физики облаков» в Главной геофизической обсерватория имени А.И. Воейкова.

С целью исследования облачного покрова Земли и изучения образования и «эволюции» облаков НАСА в 2006 году запустило два специализированных спутника CloudSat и CALIPSO.

В апреле 2007 г. НАСА осуществило запуск на полярную орбиту спутника AIM (The Aeronomy of Ice in the Mesosphere), предназначенного для изучения серебристых облаков.

Облака на других планетах

Помимо Земли облака наблюдаются на всех планетах-гигантах, на Марсе, Венере, спутниках Титане и Тритоне. Внеземные облака имеют разную природу, например, на Венере наиболее мощный облачный слой состоит преимущественно из серной кислоты; облака Титана являются источником метановых дождей при температуре -180°С.

Исходный текст этой статьи полностью или частично скопирован из Википедии.