Дождь берётся из воды, которая испарилась с поверхности океанов, рек, озёр, почвы и растений. Водяной пар переносится воздухом, охлаждается и превращается в очень мелкие облачные капли или кристаллы льда. Когда эти частицы вырастают настолько, что воздушные потоки уже не могут удерживать их, они начинают падать. Если по пути к земле вода остаётся жидкой или лёд успевает растаять, выпадает дождь.
Облако при этом не похоже на наполненный водой мешок. В нём постоянно возникают, растут, испаряются и перемещаются миллиарды отдельных частиц.
Как вода попадает в воздух
Солнечная энергия нагревает поверхность Земли. Часть жидкой воды превращается в невидимый водяной пар и переходит в атмосферу. Испарение происходит не только над морями и озёрами, но и с влажной почвы, луж и листьев растений.
Тёплый влажный воздух может подниматься по нескольким причинам:
- поверхность нагревает нижний слой воздуха, и он становится легче окружающего;
- ветер заставляет воздух подниматься по склону горы;
- тёплая и холодная воздушные массы встречаются у атмосферного фронта;
- воздух сходится возле области пониженного давления и устремляется вверх.
При подъёме давление уменьшается. Воздух расширяется и охлаждается, даже если непосредственно не отдаёт тепло окружающей среде.
Как появляется облако
Когда воздух охлаждается до насыщения, часть водяного пара конденсируется. Молекулам воды помогают мельчайшие частицы соли, пыли, дыма и других аэрозолей. На них образуются облачные капли. В холодной части облака могут появляться кристаллы льда.
Одна облачная капля настолько мала, что падает очень медленно и легко переносится движением воздуха. Поэтому облако способно долго оставаться в небе. Подробнее формы и высотные уровни разобраны в материале о названиях облаков.
У кучевых облаков основание часто выглядит ровным, потому что множество поднимающихся порций воздуха достигает насыщения примерно на одной высоте. Этот эффект подробнее объясняет статья о том, почему облака снизу кажутся плоскими.
Как маленькие капли становятся дождевыми
Одной конденсации обычно недостаточно. Облачные капли слишком малы, чтобы быстро долететь до земли. Им необходимо вырасти.
В тёплых облаках капли разного размера падают с неодинаковой скоростью. Более крупные догоняют мелкие, сталкиваются с ними и иногда сливаются. Процесс повторяется, и отдельные капли становятся всё тяжелее.
В холодных облаках рядом могут существовать переохлаждённые капли и кристаллы льда. Водяной пар легче присоединяется к кристаллам, и они растут. Затем кристаллы соединяются, захватывают капли и начинают падать. Если нижние слои воздуха тёплые, лёд тает и достигает поверхности в виде дождя.
Именно поэтому дождь не обязательно с самого начала был жидкой каплей. Во многих облаках он начинает путь как снег или ледяной кристалл.
Почему капля падает
На частицу в облаке действует сила тяжести, а движению сопротивляется воздух. Для очень маленькой капли сопротивление велико по сравнению с её массой, поэтому она оседает медленно. По мере роста масса увеличивается быстрее, и частица начинает падать заметнее.
Восходящий поток может некоторое время поднимать даже крупные капли. Но когда их скорость падения становится больше скорости потока или поток ослабевает, вода выходит из облака как осадки.
В учебных рисунках дождевую каплю часто изображают с острым верхом. В действительности небольшие падающие капли почти шарообразны, а крупные сплющиваются снизу из-за сопротивления воздуха. Очень крупная капля становится неустойчивой и распадается на меньшие.
Почему из одних облаков дождь идёт, а из других нет
Для осадков нужны достаточный запас влаги, подъём воздуха и условия, при которых частицы успевают вырасти. Небольшое кучевое облако может быстро возникнуть и так же быстро испариться. Его капли останутся слишком мелкими.
Иногда осадки выходят из основания облака, но испаряются в сухом воздухе, не достигая поверхности. Под облаком тогда видны серые полосы, называемые виргой.
Продолжительный дождь часто связан с обширным слоем облаков и устойчивым подъёмом воздуха. Ливень возникает в мощном облаке с сильными вертикальными потоками и большим количеством воды. Полная классификация дождя, снега и других видов приведена в статье об атмосферных осадках.
Почему летом может идти дождь, а зимой снег
Вид осадков определяется температурой не только у земли, но и во всём слое воздуха от облака до поверхности. Ледяные кристаллы сохраняются как снег, если их путь достаточно холодный. В тёплом слое они тают и становятся дождём. При сложном чередовании тёплых и холодных слоёв возможны ледяной дождь, мокрый снег или ледяная крупа.
Температура возле земли не всегда сразу решает исход. Поэтому снег иногда идёт при небольшом плюсе, если снежинки не успевают полностью растаять.
Итак, дождь является частью круговорота воды. Влага испаряется, переносится в атмосфере, конденсируется в облаках, вырастает в крупные капли или кристаллы и возвращается на поверхность под действием силы тяжести.
