Damit Wolken sichtbar werden, sind zwei Zutaten erforderlich: Wasser und Kerne.
Kerne
In der einen oder anderen Form ist Wasser immer in der Atmosphäre vorhanden. Wassermoleküle in der Atmosphäre sind jedoch zu klein, um sich für die Bildung von Wolkentröpfchen zu verbinden. Sie brauchen eine „flachere“ Oberfläche, ein Objekt mit einem Radius von mindestens einem Mikrometer (ein Millionstel Meter), auf dem sie eine Bindung eingehen können. Diese Objekte werden Kerne genannt.
Kerne sind winzige feste und flüssige Partikel, die in Hülle und Fülle vorkommen. Sie bestehen aus Rauchpartikeln von Bränden oder Vulkanen, Gischt oder winzigen Flecken von windgeblasenem Boden. Diese Kerne sind hygroskopisch, was bedeutet, dass sie Wassermoleküle anziehen.
Diese als „Wolkenkondensationskerne“ bezeichneten wassermolekülanziehenden Partikel haben etwa 1/100 der Größe eines Wolkentropfens, auf dem Wasser kondensiert.
Daher hat jeder Wolkentropfen einen Fleck von Schmutz, Staub oder Salzkristall im Kern. Aber selbst bei einem Kondensationskern besteht der Wolkentropfen im Wesentlichen aus reinem Wasser.
Rolle der Temperatur
Wasser, das Kerne anzieht, reicht jedoch nicht aus, um eine Wolke zu bilden, da die Lufttemperatur unter dem Sättigungspunkt liegen muss. Genannt die Taupunkttemperatur, ist der Punkt der Sättigung, wo Verdampfung Kondensation entspricht.
Daher entsteht eine Wolke, wenn ein Luftblock (als Paket bezeichnet), der Wasserdampf enthält, unter den Sättigungspunkt abgekühlt ist. Luft kann auf verschiedene Arten den Sättigungspunkt erreichen. Der gebräuchlichste Weg ist das Anheben von Luft von der Oberfläche in die Atmosphäre.
Wenn eine Luftblase, ein Paket genannt, aufsteigt, bewegt sie sich in einen niedrigeren Druck, da der Druck mit der Höhe abnimmt. Das Ergebnis ist, dass sich das Paket mit zunehmender Größe ausdehnt. Dies erfordert, dass Wärmeenergie aus dem Paket entfernt wird. Als adiabatischer Prozess bezeichnet, kühlt sich die Luft ab, wenn sie aufsteigt und sich ausdehnt.
Die Geschwindigkeit, mit der das Paket mit zunehmender Höhe abkühlt, wird als „Lapse Rate“ bezeichnet. Die Lapse-Rate (die Rate, mit der die Temperatur erlischt oder abnimmt) von ungesättigter Luft (Luft mit relativer Luftfeuchtigkeit < 100%) beträgt 5,5 ° F pro 1000 Fuß (9,8 ° C pro Kilometer). Genannt die trockene verfallen rate, für jede 1000 füße erhöhen in höhe, die luft temperatur wird verringern 5.5 °F.
Einmal die paket erreicht sättigung temperatur (100% relative feuchtigkeit) wasser dampf kondensieren auf die wolke kondensation kerne was zur bildung von eine wolke tröpfchen.
Aber die Atmosphäre ist in ständiger Bewegung. Wenn Luft aufsteigt, wird trockenere Luft in das aufsteigende Paket hinzugefügt (mitgerissen), so dass sowohl Kondensation als auch Verdampfung kontinuierlich auftreten. So bilden und zerstreuen sich ständig Wolkentröpfchen.
Daher bilden und wachsen Wolken, wenn mehr Kondensation auf Kernen stattfindet als Verdampfung aus Kernen. Umgekehrt zerstreuen sie sich, wenn mehr Verdunstung als Kondensation auftritt. So erscheinen und verschwinden Wolken und verändern ständig ihre Form.
Lernstunde: Rauchende Wolken