В метеорологии осадками называется вода, которая падает на поверхность земли из атмосферы в жидкой или твердой формах под действием силы тяжести. Поэтому такие явления, как дождь, снег, град, - это осадки. Рассмотрим вопрос о том, как образовывается дождь, снег, град, а также роса и иней.
Что представляют собой облака и тучи?
Перед тем как разобрать вопрос, как образовывается дождь и другие типы осадков, рассмотрим такие природные объекты, как облака и тучи, с точки зрения физики, поскольку они играют важную роль в процессе появления осадков.
Облака и тучи представляют собой скопление небольших капелек или кристалликов воды, которые находятся во взвешенном состоянии в атмосфере. Состоит ли данное облако из кристалликов или мелких капелек воды, зависит от высоты над поверхностью земли этого облака и температуры. Образуются облака в результате того, что теплые и влажные массы у поверхности воды в морях и океанах поднимаются, охлаждаются и конденсируются в мелкие капли. Эти капли настолько маленькие, что не видны невооруженным глазом. Их совокупность и образует облака и тучи. Если эти капли по той или иной причине станут увеличиваться в размерах, то они упадут на землю.
Образование дождя
Чтобы понять, как образовывается дождь, следует обратить внимание на размер взвешенных в атмосфере капель воды, которые составляют облако. Когда эти капли начнут сталкиваться и соединяться друг с другом, то при определенном критическом размере сила тяжести заставит их падать вниз, на землю. При этом они приобретают скорость от 4 до 8 м/с.
Дождевая капля имеет размер порядка 1 мм (от 0,7 мм до 5 мм). Чтобы достигнуть этого размера, капельки облака должны увеличить свою массу в миллионы раз. В связи с этим толщина облака должна быть больше некоторого размера. Некоторые облака могут достигать в толщину 12 км, при этом они способны приводить к образованию мощных и продолжительных ливней, а в некоторых случаях даже града.
Большая толщина облаков и туч позволяет капелькам подниматься в их толще вверх, соединяясь при этом с другими капельками. В результате этого процесса образуются крупные капли, которые и падают в виде дождя. Еще один механизм, который объясняет, как образовывается дождь, заключается в следующем: поднимаясь в толще тучи, мелкая капелька охлаждается и кристаллизуется. Эти кристаллики падают на землю, при падении они нагреваются и превращаются в воду.
Феномен вирга
Вирга - это дождь, который идет в атмосфере, но поверхности земли не достигает. Этот природный феномен можно объяснить, если рассмотреть вопрос с точки зрения физики. Как образуется дождь такого рода? Дело в том, что между большой тучей, способной к образованию осадков, и поверхностью земли могут существовать слои воздушных масс, которые будут сильно разогретыми и сухими. В таком случае падающие из толщи тучи капли воды при попадании в эти горячие и сухие воздушные массы будут просто-напросто испаряться снова и никогда не достигнут поверхности земли.
Образование снега
Продолжим разбирать вопрос, как образуется дождь, роса и снег. Теперь остановимся на процессе образования твердых осадков - снега.
Снег - это твердая форма существования воды, которая падает на поверхность земли в виде снежинок. Снежинки образуются, когда маленькие капельки воды в тучах охлаждаются до температур ниже 0 °C и кристаллизуются. Для того чтобы образовывался снег, недостаточно низких температур, еще должен существовать некоторый уровень влажности в атмосфере. Существуют места на земле, которые являются достаточно холодными, но из-за сухого воздуха снег в них практически не идет.
Образование града
Исследуя вопрос, как образуется роса, иней, дождь и снег, нельзя не упомянуть про град. В отличие от снега, которому достаточно для образования небольших низких температур, град образуется тогда, когда температура ниже -15 °C. Поскольку температура в атмосфере уменьшается с увеличением высоты, град образуется в верхней части толстых облаков, где температуры опускаются до -50 °C. Такие облака называются кучево-дождевыми. В их нижней части вода находится в виде маленьких жидких капелек, а в верхней части - в виде кристалликов льда. Эти кристаллики постепенно растут благодаря капелькам воды, поднимающимся из нижней части тучи из-за восходящих воздушных потоков. Когда кристаллик достигает критического размера, он падает на землю. Отметим, что не все кристаллики льда достигают поверхности земли, поскольку они тают в процессе падения.
Роса и иней
Завершим рассмотрение вопроса, как образуется дождь, снег, роса и иней, физическим объяснением двух последних явлений, то есть образования росы и инея.
Оба этих явления связаны с суточными колебаниями температур в атмосфере. Для их понимания следует знать, что растворимость воды в газообразном виде в атмосфере зависит от температуры. Чем больше температура воздуха, тем больше воды в виде пара может в нем раствориться. Днем солнце разогревает воздух и приводит к испарению воды и повышению влажности в атмосфере. Ночью воздух охлаждается, растворимость водяного пара в нем снижается, лишняя вода конденсируется в виде маленьких капелек, которые выпадают в форме росы.
Иней образуется аналогичным образом, только в этом случае либо температура воздуха опускается ниже нуля, что приводит к замерзанию капелек воды в атмосфере, либо поверхность земли является достаточно холодной, и выпавшая на нее роса кристаллизуется.
