Kas ir mākoņi — veidošanās, veidi un ūdens cikls

Kas ir mākoņi: veidošanās, galvenie veidi un ūdens cikls — saprotami skaidrojumi, ilustrācijas un praktiski piemēri debesu procesiem.

Mākonis ir ūdens tvaiks atmosfērā (debesīs), kas kondensējies ļoti mazos ūdens pilienos vai ledus kristālos un redzams kā formas vai veidojumi virs zemes. Mākoņos esošie pilieni un kristāli ir tik mazi, ka tos var redzēt kā kopumu, bet atsevišķi tie ir neredzami bez mikroskopa.

Kā veidojas mākoņi

Ūdens uz Zemes pastāvīgi iztvaiko, pārvēršoties neredzamā gāzē. Ja šis mitrais gaiss paceļas un atdziest līdz tā sauktajam rasas punktam (dew point), kondensējas: gāze pārvēršas par ļoti mazām ūdens pilēm vai par ledus kristāliem. Šos pilienus un kristālus mēs redzam kā mākoņus. Ja pilieni saplūst un kļūst pietiekami lieli, tie nokrīt kā lietus, sniegs vai citas nokrišņu formas, un ūdens atgriežas uz zemes — tas ir ūdens cikls.

Atmosfērā vienmēr ir zināma ūdens tvaika koncentrācija. Mākoņi veidojas, kad gaiss vairs nespēj saturēt visus neredzamos gaisa tvaikus. Par kondensācijas vietām bieži kalpo sīkas putekļu, jūras sāls vai citas daļiņas jeb kondensācijas kodoli (aerosoli); uz tām kondensējas ūdens.

Veidi, kā gaiss atdziest un mākoņi veidojas

Siltā gaisā var būt vairāk ūdens tvaiku nekā vēsā gaisā, tāpēc, ja siltais un mitrais gaiss atdziest, tas var sasniegt rasas punktu un veidot mākoni. Galvenie mehānismi, kā gaiss atdziest pietiekami, lai veidotos mākoņi, ir:

• kad saule silda gaisu tuvu zemei un tas paceļas augšup, kur gaiss ir vēsāks (konvektīvā pacelšanās);
• gar laikapstākļu frontēm, kad siltāks gaiss tiek atdzesēts, jo tas ietiecas aukstā gaisā (frontālā pacelšanās);
• kad gaiss paceļas kalna smailē — orografiskā pacelšanās; gaiss atdziest, paceļoties augstāk;
• kad silts gaiss šķērso kaut ko vēsāku, piemēram, vēsu ūdeni ezerā vai atdzisušu zemes virsmu naktī, tas atdziest un kondensējas (radiācijas vai kontakta atdzišana);
• kad gaisa masas satiekas un spiesta uz augšu (konverģence), piemēram, ciklona centrā.

Mākoņu tipi un to raksturojums

Mākoņus parasti klasificē pēc formas un augstuma. Galvenās grupas ir:

• Augstie mākoņi (vairāk nekā ~6 km): cirrus (vāji šķiedraini, sastāvējot no ledus kristāliem) — gaiši, plāni izbāzeni.
• Vidējie mākoņi (~2–6 km): altostratus, altocumulus — var dot vieglus nokrišņus vai radīt apmākušanos.
• Zemākie mākoņi (līdz ~2 km): stratus (platas, vienmērīgas slāņu formas), cumulus (kupli, pufīgi mākoņi — bieži bez nokrišņiem, bet var attīstīties uz lieliem patērpiem).
• Nimbostratus un cumulonimbus: nimbostratus parasti dod ilgstošus, vienmērīgus nokrišņus; cumulonimbus ir augsti attīstīti pērkona mākoņi, kas var radīt stipras lietavas, krusu un zibens.

Mākoņu fizika: kāpēc tie "nekrīt" un cik daudz ūdens tie satur

Mākoņi var šķist viegli un gaisīgi, bet viena vidēja lieluma mākoņa ūdens masa var sasniegt miljonus tonnu. Tomēr mākoņa kubikmetrā (m3) parasti ir tikai daži grami ūdens — tipiski 0,1–3 g/m3 atkarībā no mākoņa veida un attīstības stadijas (teksta sākumā minētā aptuvenā vērtība ir dažreiz līdz ~5 g/m3 lieliem, ļoti blīviem mākoņiem).

Ūdens pilieni ir daudz smagāki par gaisu, bet tie ir ļoti sīki (mikronu lielumā). Tā kā tie ir mazi, to brāzmas ātrums uz leju ir ļoti neliels un tie tiek turēti iekšējās turbulences un pacelšanās gaisa plūsmas dēļ. Turklāt kondensācijas procesā atbrīvotais latentais siltums nedaudz sasilina apkārtējo gaisu, kas var palīdzēt uzturēt pacelšanos un stabilizēt mākoņa struktūru. Nokrišņu veidošanās prasa, lai pilieni saplūstu vai ledus kristāli augtu pietiekami lielā izmērā — procesi, kas ietver gan sadursmju-saplūšanas dinamiku (collision–coalescence), gan Bergeron procesu (ledus kristāli aug, izmantojot ūdens tvaiku).

Krāsas un apgaismojuma efekti

Dažreiz saullēktā vai saulrietā mākoņi izskatās spilgtās krāsās — sarkani, rozā vai zeltaini. To izraisa saules gaismas izkliede un difrakcija caur gaisa un kondensācijas daļiņām, kā arī gaismas garā ceļa pagriešana atmosfērā, ja saule atrodas zemu pie horizonta. Putekļu daļiņas, dūmi un vulkānu pelni var pastiprināt šo efektu.

Mākoņu loma klimatā un ūdens ciklā

Mākoņi ir būtiski gan vietējiem laikapstākļiem, gan globālajam klimata līdzsvaram. Tie ietekmē Zemes enerģijas budžetu, atstarojot saules starojumu atpakaļ kosmosā (albedo efekts) un aizturēdami siltumu, kas nāk no zemes virsmas. Atkarībā no veida un augstuma tie var gan aukstināt, gan sildīt zonas virs zemes.

Kā jau minēts, mākoņi ir svarīga ūdens cikla daļa: tie pārvieto ūdens masu atmosfērā un atgriež to uz zemes kā nokrišņus, nodrošinot saldūdens piegādi upēm, ezeriem, augsnei un pazemes ūdeņiem.

Kopsavilkums

Mākoņi rodas, kad mitrs gaiss atdziest līdz rasas punktam un ūdens tvaiks kondensējas uz kondensācijas kodoliem, veidojot ļoti mazas pilītes vai ledus kristālus. Ir vairāki mehānismi, kas izraisa gaisa atdzišanu un pacelšanos, piemēram, konvekcija, frontālā vai orogrāfiskā pacelšanās un radiācija. Mākoņu veidi atšķiras pēc formas un augstuma, tie satur nelielu daudzumu ūdens uz kubikmetru, tomēr kopumā var saturēt miljoniem tonnu ūdens, un tie ir nozīmīgi gan laikapstākļu veidošanā, gan globālajā klimata sistēmā.

Mākoņu klasifikācija

Mākoņus klasificē pēc to izskata un pēc tā, cik augstu debesīs atrodas mākoņa pamatne. Šī sistēma tika ierosināta 1803. gadā. Mākoņi ir dažādu veidu, jo gaiss, kurā tie veidojas, var būt nekustīgs vai kustēties uz priekšu vai uz augšu un uz leju ar dažādu ātrumu. Ļoti biezi mākoņi ar pietiekami lieliem ūdens pilieniem var radīt lietu vai sniegu, bet lielākie mākoņi var radīt pērkonu un zibeni.

Pēc izskata ir iedalītas piecas galvenās mākoņu grupas:

• Cirrus mākoņi ir augsti un plāni. Augsti virs jūras līmeņa gaiss ir ļoti auksts, tāpēc šos mākoņus veido ledus kristāli, nevis ūdens pilieni. Cirrus mākoņus dažkārt dēvē par kumeļu astēm, jo tie izskatās kā zirgu astes.

• Stratusa mākoņi ir kā plakanas loksnes. Tie var būt zema līmeņa mākoņi (stratus), vidēja līmeņa (altostratus), augsta līmeņa (cirrostratus) vai biezi daudzlīmeņu mākoņi, no kuriem līst vai snieg (nimbostratus).

• Stratokumulu mākoņi ir ruļļu vai viļņu veidā. Tie var būt zema līmeņa (stratokumulus), vidēja līmeņa (altokumulus) vai augsta līmeņa (cirrokumulus) mākoņi.

• Kumulu mākoņi ir pūkaini un mazi, kad tie veidojas pirmo reizi. Tie var izaugt par kaudzes mākoņiem ar mērenu vertikālo platumu (nosaukumam nav pievienots nekas) vai kļūt par vertikāliem augstiem mākoņiem (torņainiem kumuliem).

• Kumulonimbu mākoņi ir ļoti lieli kumulu tipa mākoņi, kuriem parasti veidojas cirrus mākoņu virsotnes un dažkārt arī citas iezīmes, kas tiem piešķir unikālu izskatu.

Turpmāk ir apkopoti galvenie mākoņu veidi, kas sakārtoti pēc to veidošanās augstuma:

Augsta līmeņa mākoņi

Augsti mākoņi veidojas no 10 000 līdz 25 000 pēdu augstumā (3 000 līdz 8 000 m) aukstās vietās, no 16 500 līdz 40 000 pēdu augstumā (5 000 līdz 12 000 m) maigos reģionos un no 20 000 līdz 60 000 pēdu augstumā (6 000 līdz 18 000 m) ļoti karstos tropos. Tie ir pārāk augsti un plāni, lai tajos varētu līt lietus vai snigt.

Augsta līmeņa mākoņi ietver:

• Cirrus (Ci)
• Cirrokumuls (Cc)
• Cirrostratus (Cs)

Vidēja līmeņa mākoņi

Vidējie mākoņi parasti veidojas 6500 pēdu augstumā (2000 m) aukstākos apgabalos. Tomēr tropos, kur visu gadu ir ļoti silts, tie var veidoties pat 8000 m augstumā (25 000 pēdu augstumā). Vidējie mākoņi parasti sastāv no ūdens pilieniem, taču tajos var būt arī daži ledus kristāli. Tie reizēm rada lietu vai sniegu, kas parasti iztvaiko, pirms sasniedz zemi.

Vidēja līmeņa mākoņi ietver:

• Altocumulus (Ac)
• Altostratus (As)

Zema līmeņa mākoņi

Zema līmeņa mākoņi parasti ir redzami no zemes līmeņa līdz pat 6500 pēdu (2000 m) augstumam. Zemie mākoņi parasti sastāv no ūdens pilieniem, un reizēm no tiem var līt ļoti viegls lietus, putenis vai sniegs.

Zema līmeņa mākoņi ietver:

• Stratokumuls (Sc)
• Stratus (St)

Ja ļoti zems stratusa mākonis pieskaras zemei, to sauc par miglu.

Mēreni vertikāli mākoņi

Tie ir vidēji biezi mākoņi, kas var veidoties no zemes līmeņa līdz pat 3000 m augstumam. Vidēja līmeņa mākoņu nosaukumam nav pievienots alto. Šo mākoņu virsotnes parasti nav daudz augstākas par 6000 m (20 000 pēdām). Vertikālie mākoņi bieži rada lietu un sniegu. Tie sastāv galvenokārt no ūdens pilieniem, bet, spiežoties augšup pa aukstiem augstākajiem līmeņiem, tajos var būt arī ledus kristāli.

Mēreni vertikālie mākoņi ietver:

• Kumuls (Cu)
• Nimbostratus (Ns)

Augstie vertikālie mākoņi

Šie mākoņi ir ļoti augsti, un to virsotnes parasti ir augstākas par 6000 m (20 000 pēdu). Tie var radīt spēcīgas lietus un sniega lietusgāzes. Arī kumulonimbu mākoņi, kas ir vislielākie no visiem mākoņiem, var radīt pērkona negaisus. Šos mākoņus veido galvenokārt ūdens pilieni, bet ļoti lielu kumulonimbu mākoņu virsotnes bieži vien veido galvenokārt ledus kristāli.

Augstie vertikālie mākoņi ietver:

• Augstie kumulus (Tcu)
• Kumulonimbs (Cb)

Debesis ar cirrus mākoņiem (pa kreisi), kas pārvēršas par cirrostratus (centrālajā labajā pusē) ar dažiem cirrokumuliem (augšējā labajā pusē).


Mākoņu ainava ar vidēji vertikāliem kumuliem virs Swifts Creek, Viktorija, Austrālija

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir mākonis?

J: Kā veidojas mākonis?

J: Cik smagi ir mākoņi?

Jautājums: Kāpēc daži mākoņi saullēktā vai saulrieta laikā parādās spilgtās krāsās?

J: Kas notiek pēc tam, kad lietus nokrīt atpakaļ uz zemes?

J: Kas notur mākoņus gaisā?

Meklēt pēc burta