Из чего состоят облака

Сегодня известно, что облака покрывают порядка 40% поверхности земного шара и являются вместилищем огромных масс воды, при этом 2/3 всего облачного покрова существует в области низких температур. Знание процессов, ведущих к образованию облачности и, как следствие, выпадению осадков важны не только для метеорологов. Облачность влияет на радиосвязь, радиолокацию, авиацию, гидро- и агротехнику и даже на космонавтику. Все это привело к тому, что в сороковых годах прошлого столетия физика облаков стала самостоятельной наукой.

Ученые традиционно делят облака на теплые и холодные, т.е. существующие при положительных и при отрицательных температурах. Теплые облака подобны туманам и состоят из микроскопических капель воды. Что касается холодных облаков, то, согласно традиционным представлениям, они могут содержать переохлажденные капли воды, ледяные кристаллы или и первое, и второе одновременно, т.е. являться смешанными по фазе.

В теории, при появлении в капельном облаке кристаллов льда, мгновенно начинается процесс Бержерона-Финдайзена, характеризующийся переконденсаций или фазовой перегонкой. Проще говоря, происходит конденсация пара в лед. Из этого следует, что двухфазное облако существовать долго не способно. В считанные минуты оно переходит в устойчивое кристаллическое состояние. Однако исследования выдающегося ученого А.М. Боровикова, показали, что в природных условиях смешанные и капельные холодные облака встречаются чаще и существуют гораздо дольше, чем это предсказывает теория, или показывает лабораторная практика.

В условиях средней полосы наиболее частыми и устойчивыми являются слоистые облака. Они же дают и наибольшее количество осадков. Современные исследования показали, что практически все холодные облака являются смешанными, т.е. содержат одновременно и капли переохлажденной воды и ледяные кристаллы.

По структуре они делятся на 3 базовых типа. К первому структурному типу относятся холодные облака, традиционно считающиеся водяными. Исследования показали, что они содержат ледяные кристаллы, не различимые обычными методами – их размеры менее 20 мкм. Два других типа облаков называются льдосодержащими. Один из типов характеризуется наличием относительно крупных ледяных кристаллов, размеры которых превышают 200 мкм. Обычно это полупрозрачные облачные структуры, расположенные на большой высоте и не всегда заметные с земли.

Другой тип льдосодержащих облаков характеризуется наличием льдинок, размеры которых менее 20 мкм. Это плотные, непрозрачные структуры, по виду мало отличающиеся от холодных водяных и теплых облаков. Именно они чаще всего приносят осадки в виде снега или дождя, в зависимости от температуры околоземного воздушного слоя.

Наличие жидких переохлажденных капель при температурах ниже -40оС, объясняется тем, что в реальных облачных структурах вода изменяет свои физико-химические свойства. Летучесть воды, по сравнению с обычными условиями, увеличивается в 5 раз. Такая вода испаряется и конденсируется значительно быстрее обычной.