想像一下300輛中型轎車從你頭頂飛過,這朵雲的重量就這麼多。那麼雲是怎麼漂起來的呢?先說最重要的這些積雲怎麼飛上去的?
沒有太陽就不會有積雲,太陽輻射透過空氣 水蒸氣到達地面,接著水蒸氣就會開始上升,因為那片大氣中的空氣密度較小。我們一會兒會回來解釋為什麼當水蒸氣上升時,它們會冷卻。冷卻時會壓縮成很小滴的冰晶,這些小滴會覆蓋整個雲朵並分散陽光,我們把這些呈現出帶有白色光澤的物質叫做——雲。每小滴的重量雖然不太大,因為它們很小,但加在一起卻很多。
氣象學家估測積雲的密度是0.5克/1000升,平均每一片積雲大約2000米長 2500米厚約200米高,這就形成了一朵1萬億升的雲,帶給我們5億克水,大約110萬磅也就是300輛中型轎車的重量。所以雲是怎麼飄起來的呢?
首先讓我們快速了解一下理想氣體定律,在某一特定溫度和壓力下,一定體積的氣體有一樣多的氣體分子,所以2升的幹空氣在確保沒有水並主要是氧氣和氮氣的情況下和2升水蒸氣裡的分子數一樣多,幹空氣的分子質量大約是29,水的分子質量是18,少了很多。既然密度是質量除以體積,所以裝水的瓶子的氣體密度要比另一個小,這就是為什麼溼空氣的密度比幹空氣小。它也解釋了為什麼被陽光加熱後,含水蒸氣的空氣會上升,一旦它升到大氣中就會擴散、冷卻,變成我們之前提到的小水滴,你覺得它們會從天上掉落,但它們不會。接著就來說說原因。
當水蒸氣冷凝成小水滴時它會放熱,這個溫度導致雲中的空氣開始膨脹,讓它的密度比周圍空氣都要小,這就是它們不會從天上掉落的部分原因。在整個過程中和地表面的水蒸氣上升,水會冷凝成構成雲的液體 使雲內的溫度上升,這個叫上升的熱氣流 事實上它是形成積雲的引擎。
有趣的是熱氣流不僅可以用來創造雲,或者讓雲在空中漂浮,滑翔機和熱氣球上升時也會用到它。雖然一朵蓬鬆的雲看起來沒有什麼用,但其實不是這樣的,它在做一個無限循環上升氣流和冷凝 向下氣流和蒸發……,一直這樣重複下去。這意味著雲中所有的水分子都處在一個循環中:氣化 液化 氣化 液化……一直變化著。如果雲層厚到一定程度,它就能碰上極冷的對流層產生冰晶,這就是100萬磅的雲能浮起來的原理,最終它們會落到我們身上,只是速度很慢。