雲飄浮在天空之中,為什麼不掉下來呢?因為雲很輕?錯了,雲其實沒有你想象的那麼輕,你平日裡所見大雲朵,其重量可是要以“噸”來進行計算的。
有些東西看似很輕,但實則很重,雲就是這樣一個典型的例子,你可能不會想到你頭頂上的一片雲朵,它的重量竟然可以達到500噸。雲不僅形態各異,而且種類很多,比如沿海潮溼地區經常出現的積雲、夏季南方地區經常出現的高積雲和捲雲、冬季北方常見的卷層雲等等,不同的雲的厚度是不同的,所以總重量的差別也是很大的,粗略一點來講,平日裡我們所見的雲朵,如果長度達到一公里,重量大約可以達到500噸。
一公里長的雲豈不是很少見?並不是,一公里長的雲是非常常見且普通的。
別忘了,雲朵是飄浮在天空之中的,即便是高度最低的層雲也與我們相距50米,而大多數的雲朵都位於地表上方600米到4500米的區域之中,而夏季出現在中國南方地區的捲雲,最高可以達到10000米以上。雲朵距離我們如此遙遠,所以我們目視雲朵的尺寸是很小的,但實際上它可能很大,所以天空中一個普通的雲朵,長度很可能就超越了一公里,這也就意味著它的重量達到了500噸。500噸是一個什麼概念?現代主戰坦克的重量大概也就50-70噸左右,一朵雲就相當於十輛主戰坦克。可是這麼重,它為什麼不掉下來呢?
要知道云為什麼不掉下來,先要知道雲是怎麼形成的。
雲由一種飄浮在空中的可見聚合物所構成,這種可見聚合物就是小水滴和小冰晶。地表的水受到太陽光的照耀,逐漸升溫變為水蒸氣向高空飄散,隨著高度的增加,氣溫變得越來越低,於是水分子會聚集在空氣中的微粒周圍形成小水滴或小冰晶,這些小水滴和小冰晶聚集在一起就形成了雲朵。水蒸氣也好、小水滴或小冰晶也罷,不都是無色透明的嗎?為什麼我們看到的雲卻是白色的呢?而且還不只有白色,除了常見的白雲,還有雷雨天的烏雲、清晨和傍晚的紅雲以及偶爾出現的金色雲朵等等。
雲朵本身沒有顏色,顏色來源於太陽光的照耀。
雲是由水滴和冰晶所組成的,而水滴和冰晶可以反射太陽光,於是雲朵看起來就變為了白色。而雨雲的密度和厚度都很大,所以太陽光無法穿透雲層,因此我們看到的雲就是黑色的烏雲。在清晨和傍晚,太陽光的入射角度是很大的,斜射的光線要穿透很厚的大氣層,而大氣中的水分子以及各種雜質會導致光線出現散射,於是光線之中的短波部分就都被散射掉了,而長波部分卻散射得不多,什麼是長波?就是橙紅色的光,於是這些長波光線照射到雲朵上之後就把雲朵染成了紅色。知道了雲是如何形成的,接下來我們就可以說說云為什麼不會從天上掉下來了。
雲朵的總重量雖然高,但是面積大、密度低,所以它們無法衝破上升氣流的託舉,於是就飄浮在了天空之中,只有當雲層的密度變得很大時,大得上升氣流已經無法托住它們的時候,它們才會以一個個小水滴的形式從天空中掉落,於是大地普降甘霖。
儘管水滴從很高的地方落下,但因為空氣阻力的作用,這些水滴會在掉落的過程中逐漸變形,直至破裂分解為更小的水滴,水滴變小後,下落的終端速度也隨之下降,所以最終墜落地面時的水滴的速度是很小的,因此砸在身上才會不痛不癢。我們知道了雲朵不掉下來是因為上升氣流的託舉,那麼上升氣流又是從何而來的呢?
上升氣流的形成通常有三種形式,其一是熱力抬升,地面受到陽光的照耀而升溫,這就使得地表的空氣受熱膨脹,於是就形成了上升氣流。
第二種情況被稱之為動力抬升,當地表流動的空氣遭遇障礙物時就會被迫抬升,比如當氣流來到了高山的迎風面就會因地形的阻擋而向上爬升,於是上升氣流就形成了。第三種情況就是熱力抬升與動力抬升同時作用的結果,比如當一股熱空氣與一股冷空氣相遇時,由於冷空氣密度高,而熱空氣密度低,所以冷空氣會向下運動,而與之遭遇的熱空氣則只能被迫抬升,從而形成上升氣流。正是因為有了上升氣流的存在,重達500噸的雲朵才能夠安然飄浮在天空之中。