Oblaki: nastanek, vrste, sestava in vloga v kroženju vode

Oblaki: odkrijte nastanek, vrste, sestavo in ključno vlogo v kroženju vode — razumite, kako nastanejo, vplivajo na vreme in oblikujejo vodni krog.

Oblak je vodna para v ozračju (na nebu), ki se kondenzira v zelo majhne vodne kapljice ali ledene kristale, ki se pojavljajo v vidnih oblikah ali formacijah nad tlemi. Oblaki so vidni zaradi drobnih kapljic in kristalov, ki razpršijo svetlobo.

Nastanek oblakov

Voda na Zemlji izhlapeva (spremeni se v neviden plin) in se dviguje v nebo. Višje, kjer je zrak hladnejši, se voda kondenzira: iz plina se spremeni v vodne kapljice ali ledene kristale. Te kapljice vode vidimo kot oblake. Kapljice lahko kasneje padajo nazaj na zemljo kot dež, sneg ali druga oborina, nato pa se voda spet izhlapi. Ta krožni proces imenujemo "kroženje vode".

V ozračju je vedno nekaj vodne pare. Oblaki nastanejo, ko ozračje ne more več zadržati vse nevidne zračne pare – to pomeni, da je relativna vlažnost dosegla 100 % oziroma je bil presežen rosiščni prag. Za kondenzacijo so pogosto potrebni tudi majhni delci, imenovani kondenzacijska jedra (prašni delci, delci soli, cvetni prah), na katere se vodna para lahko "prilepi" in tvori kapljice.

V toplem zraku je več vodne pare kot v hladnem. Če se topel zrak z veliko vlage ohladi, lahko nastane oblak. Glavni načini, kako se zrak dovolj ohladi, da pride do kondenzacije in nastanka oblaka, so:

• ko sonce segreje zrak blizu tal in se dvigne na hladnejše območje (konvekcija), kar lahko povzroči kopaste oblake;
• Ob vremenskih frontah se toplejši zrak ohlaja, ko se spotika s hladnejšim zrakom;
• ko se zrak vzpenja po pobočju gore, se više ohlaja (orografsko dviganje);
• ko se topel zrak pretaka čez nekaj hladnejšega, na primer hladno vodo v jezeru) ali tla, ki se ponoči ohladijo, se ohladijo.

Dodaten mehanizmi so še konvergenčno dviganje zraka (ko se zračne mase srečajo in vsaj ena prisiljena dviga) ter radiativno hlajenje površja ob jasni noči, kar lahko povzroči nastanek nizkih oblakov ali megle.

Vrste oblakov

Oblaki se klasificirajo glede na obliko in višino. Glavne skupine so:

• Visoki oblaki (> okoli 6 km): cirrus, cirrostratus, cirrocumulus – sestavljeni predvsem iz ledenih kristalov.
• Srednje višinski oblaki (približno 2–6 km): altostratus, altocumulus – lahko vsebujejo mešanico tekoče vode in ledu.
• Nizki oblaki (< okoli 2 km): stratus, stratocumulus, nimbostratus – pogosto prinašajo rahel do zmeren dež ali sneg.
• Oblaki z velikim navpičnim razvojem: cumulus, cumulonimbus – od tal do tropopavze; cumulonimbus lahko povzroči močne plohe, nevihte, strel (blisk), veter in točo.

Sestava in mikrostruktura oblakov

Oblaki so sestavljeni iz drobnih vodnih kapljic in/ali ledenih kristalov. Tipične velikosti oblačnih kapljic so reda 10 mikrometrov (0,01 mm), koncentracija kapljic v oblaku je lahko sto do tisoč kapljic na kubični centimeter, v povprečju pa je v vsakem kubičnem metru (m3) oblaka le približno 5 gramov vode, kot je omenjeno v izhodiščnem besedilu. Kljub majhni masi je skupna masa velikega oblaka lahko več milijonov ton.

V hladnih oblakih (temperatura pod lediščem) pogosto obstaja kombinacija ledenih kristalov in superohlajenih vodnih kapljic (tekoča voda pod 0 °C). Za nastanek ledu so potrebna jedra za sprmemembo v led (naslednja jedra), saj sama čista voda ne kristalizira vedno pri 0 °C.

Kako nastane padavina

Padavina nastane, ko kapljice ali kristali v oblaku zrastejo dovolj, da začnejo hitro padati proti tlom. Glavna mehanizma rasti so:

• Proces združevanja (collision–coalescence) v toplih oblakih: manjše kapljice se združujejo v večje, dokler ne postanejo pretežke za suspendacijo;
• Bergeronov proces v mešani fazi: vodne hlape hitreje sublimirajo na ledene kristale kot na tekoče kapljice, zato led hitro raste in pade kot sneg ali, če se stopi, kot dež;
• V zelo hladnih oblakih lahko nastane tudi toča v močnih navpičnih gibanjih (nevihtni oblaki).

Zakaj oblaki 'plavajo' in barve ob sončnem vzhodu/zahodu

Oblaki niso "težki" v smislu, da ne padejo, ker so kapljice zelo majhne in jih zadržuje gibanje zraka. Čeprav lahko ima voda v oblaku maso več milijonov ton, je gostota vode na en kubični meter majhna (približno 5 g/m3). Zaradi majhnega premera kapljic so upočasnitvene sile (zračni upor) in vzgibne sile v zraku dovolj velike, da kapljice počasi padajo ali ostanejo suspendirane v navzgor usmerjenih tokovih zraka (updraftih). Pri kondenzaciji se sprošča latentna toplota, kar deloma segreje okoliški zrak in prav tako prispeva k stabilizaciji kapljic v oblaku.

Oblaki ob sončnem vzhodu ali zahodu pogosto kažejo bleščeče ali ognjene barve zaradi razpršitve in lomljenja svetlobe na kapljicah in delcih v ozračju. Kadar je sonce nizko nad obzorjem, mora svetloba prepotovati daljšo pot skozi atmosfero; krajši (modri) valovi se razpršijo, preostali daljši (rdeči in oranžni) valovi pa osvetljujejo oblake. Prašni delci in aerosoli (vključno z delci smoga ali vulkanskega prahu) lahko te barve še okrepijo.

Vloga oblakov v kroženju vode in podnebju

Oblaki so ključni element kroženja vode – prenašajo vlago med površjem in atmosfero ter povzročajo oborine, ki oskrbujejo sladko vodo. Poleg tega vplivajo na klimo in vremenske razmere:

• odbijejo del sončne energije nazaj v vesolje (albedo) in tako hladijo površje;
• zadržujejo infrardečo toploto, ki jo oddaja Zemlja (toplogredni učinek), s čimer vplivajo na nočne temperature;
• učinek oblakov je odvisen od njihovega tipa, višine in debeline – npr. visoki tanki oblaki (cirrus) imajo pogosto učinek segrevanja, medtem ko široki, debeli nizki oblaki delujejo hladilno;
• oblakovje vpliva na lokalno vremensko dinamiko, kmetijstvo, vodne vire in zračno prometovanje.

Opazovanje in merjenje oblakov

Oblaki se spremljajo z več metodami: sateliti (vidni spekter, infrardeči kanali), radarski sistemi (za oborino), ceilometri in lidarji (za višino oblačnega dna), ter radiosonde (vorski baloni), ki merijo temperaturo, vlago in tlak skozi atmosfero. Meteorologi uporabljajo te podatke za napovedovanje vremena in preučevanje podnebnih vzorcev.

Oblaki so tako preprosti na videz (majhne kapljice v zraku), kot tudi izjemno pomembni in kompleksni – mikrofizika kapljic, interakcije s trdnimi delci in vpliv na energijsko bilanco Zemlje so še vedno aktivna področja raziskav.

Klasifikacija oblakov

Oblake razvrščamo glede na njihov videz in višino podlage oblaka na nebu. Ta sistem je bil predlagan leta 1803. Obstajajo različne vrste oblakov, ker je lahko zrak, v katerem nastajajo, mirujoč ali pa se z različnimi hitrostmi premika naprej ali navzgor in navzdol. Zelo debeli oblaki z dovolj velikimi vodnimi kapljicami lahko povzročijo dež ali sneg, največji oblaki pa lahko povzročijo grom in strele.

Glede na njihov videz poznamo pet osnovnih družin oblakov:

• Oblaki Cirrus so visoki in tanki. Zrak je v višinah zelo hladen, zato so ti oblaki namesto iz vodnih kapljic sestavljeni iz ledenih kristalov. Oblake cirrus včasih imenujemo kobilji rep, ker so videti kot konjski repi.

• Stratusni oblaki so podobni ravnim ploščam. Lahko so nizki (stratus), srednji (altostratus), visoki (cirrostratus) ali debeli večnivojski oblaki, ki ustvarjajo dež ali sneg (nimbostratus).

• Stratokumulusni oblaki so v obliki valjev ali valov. Lahko so nizki (stratokumulus), srednji (altokumulus) ali visoki (cirrokumulus).

• Oblaki kumulus so ob nastanku puhasti in majhni. Lahko se razvijejo v kupaste oblake, ki so zmerno navpični (imenu ni nič dodano), ali pa postanejo visoki navpični oblaki (towering cumulus).

• Oblaki cumulonimbus so zelo veliki oblaki tipa cumulus, ki imajo običajno vrhove iz cirrusa in včasih tudi druge značilnosti, ki jim dajejo edinstven videz.

V nadaljevanju je povzetek glavnih vrst oblakov, razvrščenih glede na višino, v kateri nastanejo:

Oblaki na visoki ravni

Visoki oblaki nastajajo na višini od 10.000 do 25.000 ft (3.000 do 8.000 m) v hladnih krajih, od 16.500 do 40.000 ft (5.000 do 12.000 m) v blagih regijah in od 20.000 do 60.000 ft (6.000 do 18.000 m) v zelo vročih tropih. So previsoka in tanka, da bi na njih nastajal dež ali sneg.

Oblaki na visoki ravni vključujejo:

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

Oblaki srednje višine

Srednji oblaki se na hladnejših območjih običajno oblikujejo na višini 2.000 m (6.500 čevljev). V tropih, kjer je vse leto zelo toplo, pa lahko nastanejo tudi na višini 8000 m (25.000 ft). Srednji oblaki so običajno sestavljeni iz vodnih kapljic, lahko pa imajo tudi nekaj ledenih kristalov. V njih občasno nastane dež ali sneg, ki običajno izhlapi, še preden doseže tla.

Oblaki srednje ravni vključujejo:

• Altocumulus (Ac)
• Altostratus (As)

Nizki oblaki

Nizki oblaki so običajno vidni od tal do višine 2.000 m (6.500 ft). Nizki oblaki so običajno sestavljeni iz vodnih kapljic in lahko občasno povzročijo zelo rahel dež, mrzlico ali sneg.

Nizki oblaki vključujejo:

• Stratokumulus (Sc)
• Stratus (St)

Ko se zelo nizek stratusni oblak dotakne tal, ga imenujemo megla.

Zmerno navpični oblaki

To so srednje debeli oblaki, ki se lahko oblikujejo kjer koli od tal do višine 3.000 m. Srednje visokim kumulusom se v imenu ne dodaja alto. Vrhovi teh oblakov običajno niso višji od 6.000 m (20.000 ft). Navpični oblaki pogosto ustvarjajo dež in sneg. Sestavljeni so večinoma iz vodnih kapljic, ko pa silijo navzgor skozi hladne višje plasti, imajo lahko tudi ledene kristale.

Oblaki z zmerno navpičnico vključujejo:

• Kumulus (Cu)
• Nimbostratus (Ns)

Oblaki, ki se dvigajo navpično

Ti oblaki so zelo visoki, njihovi vrhovi so običajno višji od 6.000 m (20.000 čevljev). V njih lahko nastanejo močni deževni in snežni nalivi. Cumulonimbusi, največji oblaki med vsemi, lahko povzročijo tudi nevihte. Ti oblaki so večinoma sestavljeni iz vodnih kapljic, vendar so vrhovi zelo velikih oblakov cumulonimbus pogosto sestavljeni predvsem iz ledenih kristalov.

Oblaki, ki se dvigajo navpično, vključujejo:

• Visoki kumulusi (Tcu)
• Kumulonimbus (Cb)

Nebo z oblaki cirrus (levo), ki se spreminjajo v cirrostratus (sredina desno) z nekaj cirrokumulusa (zgoraj desno).


Oblačna pokrajina zmerno vertikalnih kumulusov nad Swifts Creekom, Viktorija, Avstralija

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je oblak?

V: Kako nastane oblak?

V: Kako težki so oblaki?

V: Zakaj so nekateri oblaki ob sončnem vzhodu ali zahodu bleščečih barv?

V: Kaj se zgodi, ko dež pade nazaj na zemljo?

V: Kaj ohranja oblake v zraku?

Išči po črki