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.