Reddit – askscience – Miért laposak a felhők, vagy miért tűnik laposnak az aljuk?
A rövid válasz az, hogy az általad leírt konkrét felhőtípus alulról felfelé haladva alakul ki, az alját egy adott légköri hőmérséklet határozza meg, és így nagy területen egységes, a tetejét pedig egyrészt a légtömeg felfelé irányuló lendülete, másrészt a benne lévő konvekciós áramlatok határozzák meg, így az púpos.
Egy kicsit részletesebben, ha úgy tetszik. A levegő gáz halmazállapotú vizet (“vízgőz”) tartalmaz, amelynek mértékét páratartalomnak nevezzük. A levegő vízgőztartó képessége a hőmérséklettől függ, a melegebb levegő sokkal több vizet képes megtartani, mint a hűvösebb. Amikor a levegő a lehető legtöbb vizet képes megtartani, akkor 100%-os a páratartalom, és “telítettnek” nevezzük. Ha megpróbáljuk túllépni a 100%-os páratartalmat, akár nedvesség hozzáadásával, akár a hőmérséklet csökkentésével, a felesleges nedvesség kénytelen lesz gáznemű vízből folyékony cseppekké kondenzálódni, felhőt alkotva. Ez történik, amikor hideg napon kifújjuk a levegőt: a forró leheletünk egyszerre forró és párás, elég sok vizet hordoz, de amikor a hideg levegőhöz ér, lehűl, és a felesleges nedvesség kénytelen kis felhővé kondenzálódni.
Most egy kicsit több fizika. Minél magasabbra megyünk a légkörben, annál jobban csökken a nyomás és a hőmérséklet. A nyomás csökken, mert kevesebb levegő van feletted, ami ezt okozza, és a hőmérséklet csökken, mert ezt teszik a gázok, amikor csökken a nyomásuk.
Most kössük ezt össze azzal, hogy elképzeljük a légkör keresztmetszetét. Van vízgőz, főleg ott, ahol alacsony és meleg van. Ahogy feljebb jutunk, a hőmérséklet és a nyomás csökken, és ha a vízgőz még mindig ott van, a páratartalom szükségszerűen nő, amíg a levegő telített nem lesz, és a felesleges gőznek felhőként ki kell kondenzálódnia. Ha a légkör keresztmetszete hosszú távon egyenletes, akkor a felhők is azok lesznek. Ez az oka annak, hogy a felhőalapok olyan gyakran laposak: azokon a méreteken, amelyekről beszélünk (az a néhány mérföldnyi égbolt, amelyet az ember a földről láthat) a hőmérséklet és a nedvességtartalom meglehetősen egyenletes, így az a magasság, amelyen a levegő egy darabkája telítődik és felhőt alkot, meglehetősen állandó.
Most tegyük fel, hogy a mi keresztmetszetünkben soha nem jön el az a pont, ahol a levegő telítődik. Napsütéses napunk van! De hogyan lehet felhőket létrehozni egy napos napon? Ha van lent nedvesség (ami gyakran van, a talajból, növényekből, tavakból stb. származik), akkor ezt a nedves levegőt felemelhetjük, amíg elég hideg nem lesz ahhoz, hogy felhő keletkezzen. A levegő felemelésének egyik nagyszerű módja egy napos napon a napfény általi felmelegítés. Nem minden földdarab melegszik fel egyforma mértékben, így a fölötte lévő levegőben vannak melegebb és hidegebb foltok, és a meleg levegő a hideg szomszédokhoz képest fel akar emelkedni, termikát hozva létre. Ha látnád, nagyon úgy nézne ki, mint egy miniatűr gombafelhő.
Ahogy a termik felemelkedik az egyébként egyenletes keresztmetszetű levegőbe, elkezd lehűlni, és végül átlépi azt a magasságot, ahol telítetté válik, és egy szép lapos felhő alja lesz. De a termiked még mindig emelkedik, minden egyes darabja ugyanabban a magasságban felhővé kondenzálódik. Még egy kis fizika: amikor a gáznemű vízgőz folyadékká kondenzálódik, hőt bocsát ki, ami fordított folyamat ahhoz képest, ahogyan a folyékony vizet hő hozzáadásával gázzá alakítod. Ez a hő még egy kicsit tovább tudja hajtani a kis termikedet, sok kis konvekciót okozva itt-ott, amelyek a felszálló és lezuhanó levegő kis buborékait hozzák létre, “pattogatott kukorica” textúrát adva neki, és éppen eléggé felkavarva a levegőt ahhoz, hogy turbulenciát okozzon, ha átrepülsz rajta. (tekerje a folyamatot 11-re, hogy zivatart hozzon létre!)