Утром после дождя во дворе осталась большая лужа. Днём выглянуло солнце, к вечеру лужа стала заметно меньше, а на следующий день исчезла совсем. Куда делась вода? Она ведь не могла просто пропасть.
Короткий ответ: вода из луж, рек, почвы и океанов испаряется, попадает в воздух в виде невидимого водяного пара, а затем снова превращается в крошечные капли или кристаллы внутри облаков. Когда они вырастают достаточно сильно, начинается дождь или другой вид осадков.
Откуда берётся дождь
Дождь начинается с воды, которая уже находится на Земле: в океанах, морях, реках, озёрах, влажной почве и даже в растениях.
Вернёмся к нашей пропавшей луже.
Молекулы воды постоянно покидают её поверхность и переходят в воздух. Жидкая вода превращается в газ — водяной пар. Этот процесс называется испарением.
Солнце обычно ускоряет испарение, поэтому лужа на тёплом солнечном месте высыхает быстрее. Ветер тоже помогает: он уносит влажный воздух от поверхности и заменяет его более сухим.
Влага поступает в атмосферу не только из водоёмов. Растения выделяют водяной пар через листья — это называется транспирацией.
Но тут есть ловушка.
Водяной пар невидим. Белая туча в небе — не огромный комок пара. То, что мы видим как облако, уже состоит из мельчайших жидких капелек воды, кристалликов льда или их смеси.
Как из невидимого пара получается облако
Облако появляется, когда влажный воздух поднимается, охлаждается и часть водяного пара конденсируется в мельчайшие капли или кристаллы.
Представь порцию тёплого влажного воздуха.
Она может начать подниматься потому, что поверхность Земли нагрелась, потому что воздух встретил гору или потому что его вытесняет вверх другая воздушная масса.
Выше давление становится меньше. Поднимающийся воздух расширяется и охлаждается.
При достаточном охлаждении воздух достигает состояния, когда водяной пар начинает конденсироваться — переходить из газа в жидкость.
Обычно капля возникает не посреди совершенно пустого пространства. В атмосфере есть мельчайшие частицы — морская соль, пыль и другие аэрозоли. На них молекулам воды проще собираться.
Так появляются микроскопические облачные капельки.
Их огромное количество вместе становится видимым облаком.
Подробнее о том, почему эти скопления воды и льда могут долго находиться в небе, мы разобрали в статье «Как образуются облака и почему они не падают».
Почему из каждого облака не идёт дождь
Потому что обычные облачные капельки слишком малы, чтобы быстро упасть на землю.
Мы видим огромное облако и думаем: «Там же полно воды — почему она не выливается сразу?»
Секрет в размере.
Отдельные облачные капельки настолько малы, что падают очень медленно. Кроме того, внутри облака воздух постоянно движется вверх и вниз.
Чтобы превратиться в дождь, маленьким частицам воды нужно значительно вырасти.
И вот здесь начинается самая интересная часть нашего расследования.
Как образуется дождь в облаках
Дождевые капли образуются, когда маленькие облачные капельки или кристаллы льда растут и превращаются в достаточно крупные частицы осадков.
Есть два особенно важных пути.
В тёплом облаке капельки имеют немного разные размеры. Более крупная капля падает внутри облака быстрее маленькой, сталкивается с ней и может слиться с ней.
Затем встречается ещё одна.
И ещё.
Этот процесс называется столкновением и слиянием, или коалесценцией.
Капля постепенно становится крупнее.
В холодной части облака могут одновременно существовать переохлаждённые капли воды и кристаллики льда. Ледяные кристаллы растут, а затем начинают падать. По пути они могут увеличиваться ещё сильнее.
Если ниже находится достаточно тёплый слой воздуха, снежинка или другая ледяная частица тает — и до земли долетает уже как дождь.
Поэтому даже летняя дождевая капля иногда начинает своё путешествие высоко в облаке в виде льда.
Почему капля всё-таки начинает падать
Когда частица становится достаточно крупной, скорость её падения возрастает настолько, что движения воздуха уже не могут надолго удерживать её внутри облака.
Иногда это объясняют словами «капля стала слишком тяжёлой».
Для первого знакомства такая фраза подходит, но механизм немного интереснее.
На падающую каплю действует сила тяжести. Одновременно воздух сопротивляется её движению, а внутри облака могут существовать восходящие потоки.
У совсем маленькой капельки скорость падения ничтожна.
У крупной — значительно больше.
В какой-то момент капля начинает уверенно двигаться вниз и покидает облако.
Почему дождь идёт каплями
Вода благодаря поверхностному натяжению стремится собираться в отдельные капли, но форма этих капель меняется в зависимости от размера.
На детских рисунках дождевую каплю почти всегда изображают как слезу: круглая снизу и с острым хвостиком сверху.
Настоящий дождь выглядит иначе.
Маленькая падающая капля почти шарообразна.
Когда она становится крупнее, сопротивление воздуха сильнее давит на её нижнюю часть. Капля сплющивается и начинает напоминать маленькую булочку.
Совсем крупная капля деформируется настолько, что может распасться на несколько меньших.
Почему иногда моросит, а иногда льёт стеной
Сила дождя зависит от количества влаги, скорости образования крупных частиц осадков и устройства самой облачной системы.
Морось состоит из очень маленьких капелек и обычно выпадает из низких слоистых облаков.
Совсем другая картина возникает в мощной кучево-дождевой туче.
Там сильные восходящие потоки способны переносить огромное количество водяного пара и облачных частиц. Капли и ледяные частицы быстро растут, и за короткое время на небольшой участок земли может выпасть много воды.
Так возникают ливни.
Они часто очень локальны. На одной стороне города льёт стеной, а в нескольких километрах оттуда асфальт остаётся сухим.
Есть и другой тип дождливой погоды — широкая зона осадков возле атмосферного фронта. Такой дождь обычно охватывает большую территорию и способен продолжаться часами.
Почему часто идут дожди
Если через один район снова и снова проходят влажные воздушные массы, циклоны и атмосферные фронты, дождливая погода может сохраняться много дней.
Но сама фраза «почему часто идёт дождь» не имеет одного ответа для всей Земли.
На побережье причина может быть связана с постоянным поступлением влажного морского воздуха.
Возле гор воздух вынужден подниматься по склонам, охлаждается и чаще даёт осадки.
В другой местности серия циклонов может снова и снова приносить облачность и фронты.
Поэтому количество дождя зависит не только от того, сколько воды испарилось, но и от движения атмосферы.
Почему осенью часто идут дожди
Осень действительно кажется особенно дождливой во многих регионах, но правило «осенью осадков всегда больше всего» неверно.
В умеренных широтах осенняя погода часто связана с продолжительными фронтальными облаками и циклонами. Солнце стоит ниже, поверхность прогревается слабее, а вода после дождя испаряется медленнее.
Поэтому сырость может держаться дольше, а несколько часов мелкого дождя запоминаются сильнее короткого летнего ливня.
Но климат различается.
Во многих местах максимум осадков приходится как раз на лето. Поэтому правильнее спрашивать не «почему осенью всегда больше дождя», а «почему осенью в моём регионе часто бывает дождливая погода».
Почему бывает дождь, а бывает снег
Главное различие определяется температурой и тем, что происходит с частицей осадков по дороге от облака до земли.
Высоко в облаке осадки нередко формируются как лёд.
Если снежинка падает через достаточно толстый слой воздуха с температурой выше нуля, она тает.
На землю попадает дождь.
Если холод сохраняется до самой поверхности, частица остаётся снежинкой.
А если на пути чередуются тёплые и холодные слои, могут возникнуть более сложные виды осадков — например ледяной дождь или ледяная крупа.
Получается, дождь и снег иногда являются разными финалами одного путешествия.
Опыт: откуда берутся капли на холодном стакане
Капельки на внешней стороне холодного стакана появляются из водяного пара, который уже был в окружающем воздухе.
Возьми стакан или банку из холодильника и поставь на стол.
Через некоторое время внешняя поверхность станет влажной.
Стакан не протекает.
Воздух возле холодной стенки охлаждается, и часть содержащегося в нём водяного пара конденсируется в жидкую воду.
Это не точная модель образования облака — в атмосфере процессы значительно сложнее. Но переход «невидимый водяной пар → жидкие капельки» можно увидеть собственными глазами.
Куда уходит вода после дождя
После падения на землю дождь не заканчивает путешествие: вода просачивается в почву, стекает в ручьи и реки, попадает в озёра и океан, используется живыми организмами и снова испаряется.
И вот мы вернулись к той самой луже.
Вчера вода упала на землю из облака.
Сегодня часть её испарилась.
Через некоторое время некоторые из этих молекул снова окажутся в облаке.
А потом, возможно за сотни или тысячи километров от нашей лужи, опять выпадут дождём или снегом.
Так почему идёт дождь
Дождь идёт потому, что вода постоянно перемещается между поверхностью Земли и атмосферой.
Сначала жидкая вода испаряется и превращается в невидимый водяной пар.
Затем влажный воздух поднимается и охлаждается. Водяной пар конденсируется, и появляются мельчайшие облачные капли или кристаллы льда.
Внутри облака они растут.
Когда частицы становятся достаточно крупными, они начинают падать.
Если до поверхности Земли вода добирается в жидком состоянии, мы видим дождь.
А когда после дождя выглядывает солнце, иногда можно увидеть ещё одно следствие взаимодействия света и капель воды — радугу.
Так что пропавшая лужа никуда не исчезла. Её вода просто отправилась в следующее путешествие.
Коротко для школьного сообщения
Дождь образуется из воды, которая испаряется с поверхности Земли. Невидимый водяной пар попадает во влажный воздух, который поднимается и охлаждается. Пар конденсируется, образуя облачные капли и кристаллы льда.
Маленькие капельки сами по себе слишком малы для дождя. Внутри облака они сталкиваются и сливаются, а ледяные кристаллы могут расти и затем таять. Когда частицы становятся достаточно крупными, они выпадают из облака.
Если осадки долетают до поверхности в жидком состоянии, идёт дождь.
Источники
- NOAA NESDIS — What Makes It Rain?
- NOAA JetStream — Precipitation
- U.S. Geological Survey — Precipitation and the Water Cycle
- U.S. Geological Survey — Are Raindrops Shaped Like Teardrops?
- Met Office — Rain
- Met Office — The Water Cycle
Читайте также на «Зелёном маяке»
- Как образуются облака и почему они не падают
- Почему дует ветер и откуда он берётся
- Как образуется молния и почему бывает гроза
- Откуда берётся радуга?
Утром после дождя во дворе осталась большая лужа. Днём выглянуло солнце, к вечеру лужа стала заметно меньше, а на следующий день исчезла совсем. Куда делась вода? Она ведь не могла просто пропасть.
Короткий ответ: вода из луж, рек, почвы и океанов испаряется, попадает в воздух в виде невидимого водяного пара, а затем снова превращается в крошечные капли или кристаллы внутри облаков. Когда они вырастают достаточно сильно, начинается дождь или другой вид осадков.
Откуда берётся дождь
Дождь начинается с воды, которая уже находится на Земле: в океанах, морях, реках, озёрах, влажной почве и даже в растениях.
Вернёмся к нашей пропавшей луже.
Молекулы воды постоянно покидают её поверхность и переходят в воздух. Жидкая вода превращается в газ — водяной пар. Этот процесс называется испарением.
Солнце обычно ускоряет испарение, поэтому лужа на тёплом солнечном месте высыхает быстрее. Ветер тоже помогает: он уносит влажный воздух от поверхности и заменяет его более сухим.
Влага поступает в атмосферу не только из водоёмов. Растения выделяют водяной пар через листья — это называется транспирацией.
Но тут есть ловушка.
Водяной пар невидим. Белая туча в небе — не огромный комок пара. То, что мы видим как облако, уже состоит из мельчайших жидких капелек воды, кристалликов льда или их смеси.
Как из невидимого пара получается облако
Облако появляется, когда влажный воздух поднимается, охлаждается и часть водяного пара конденсируется в мельчайшие капли или кристаллы.
Представь порцию тёплого влажного воздуха.
Она может начать подниматься потому, что поверхность Земли нагрелась, потому что воздух встретил гору или потому что его вытесняет вверх другая воздушная масса.
Выше давление становится меньше. Поднимающийся воздух расширяется и охлаждается.
При достаточном охлаждении воздух достигает состояния, когда водяной пар начинает конденсироваться — переходить из газа в жидкость.
Обычно капля возникает не посреди совершенно пустого пространства. В атмосфере есть мельчайшие частицы — морская соль, пыль и другие аэрозоли. На них молекулам воды проще собираться.
Так появляются микроскопические облачные капельки.
Их огромное количество вместе становится видимым облаком.
Подробнее о том, почему эти скопления воды и льда могут долго находиться в небе, мы разобрали в статье «Как образуются облака и почему они не падают».
Почему из каждого облака не идёт дождь
Потому что обычные облачные капельки слишком малы, чтобы быстро упасть на землю.
Мы видим огромное облако и думаем: «Там же полно воды — почему она не выливается сразу?»
Секрет в размере.
Отдельные облачные капельки настолько малы, что падают очень медленно. Кроме того, внутри облака воздух постоянно движется вверх и вниз.
Чтобы превратиться в дождь, маленьким частицам воды нужно значительно вырасти.
И вот здесь начинается самая интересная часть нашего расследования.
Как образуется дождь в облаках
Дождевые капли образуются, когда маленькие облачные капельки или кристаллы льда растут и превращаются в достаточно крупные частицы осадков.
Есть два особенно важных пути.
В тёплом облаке капельки имеют немного разные размеры. Более крупная капля падает внутри облака быстрее маленькой, сталкивается с ней и может слиться с ней.
Затем встречается ещё одна.
И ещё.
Этот процесс называется столкновением и слиянием, или коалесценцией.
Капля постепенно становится крупнее.
В холодной части облака могут одновременно существовать переохлаждённые капли воды и кристаллики льда. Ледяные кристаллы растут, а затем начинают падать. По пути они могут увеличиваться ещё сильнее.
Если ниже находится достаточно тёплый слой воздуха, снежинка или другая ледяная частица тает — и до земли долетает уже как дождь.
Поэтому даже летняя дождевая капля иногда начинает своё путешествие высоко в облаке в виде льда.
Почему капля всё-таки начинает падать
Когда частица становится достаточно крупной, скорость её падения возрастает настолько, что движения воздуха уже не могут надолго удерживать её внутри облака.
Иногда это объясняют словами «капля стала слишком тяжёлой».
Для первого знакомства такая фраза подходит, но механизм немного интереснее.
На падающую каплю действует сила тяжести. Одновременно воздух сопротивляется её движению, а внутри облака могут существовать восходящие потоки.
У совсем маленькой капельки скорость падения ничтожна.
У крупной — значительно больше.
В какой-то момент капля начинает уверенно двигаться вниз и покидает облако.
Почему дождь идёт каплями
Вода благодаря поверхностному натяжению стремится собираться в отдельные капли, но форма этих капель меняется в зависимости от размера.
На детских рисунках дождевую каплю почти всегда изображают как слезу: круглая снизу и с острым хвостиком сверху.
Настоящий дождь выглядит иначе.
Маленькая падающая капля почти шарообразна.
Когда она становится крупнее, сопротивление воздуха сильнее давит на её нижнюю часть. Капля сплющивается и начинает напоминать маленькую булочку.
Совсем крупная капля деформируется настолько, что может распасться на несколько меньших.
Почему иногда моросит, а иногда льёт стеной
Сила дождя зависит от количества влаги, скорости образования крупных частиц осадков и устройства самой облачной системы.
Морось состоит из очень маленьких капелек и обычно выпадает из низких слоистых облаков.
Совсем другая картина возникает в мощной кучево-дождевой туче.
Там сильные восходящие потоки способны переносить огромное количество водяного пара и облачных частиц. Капли и ледяные частицы быстро растут, и за короткое время на небольшой участок земли может выпасть много воды.
Так возникают ливни.
Они часто очень локальны. На одной стороне города льёт стеной, а в нескольких километрах оттуда асфальт остаётся сухим.
Есть и другой тип дождливой погоды — широкая зона осадков возле атмосферного фронта. Такой дождь обычно охватывает большую территорию и способен продолжаться часами.
Почему часто идут дожди
Если через один район снова и снова проходят влажные воздушные массы, циклоны и атмосферные фронты, дождливая погода может сохраняться много дней.
Но сама фраза «почему часто идёт дождь» не имеет одного ответа для всей Земли.
На побережье причина может быть связана с постоянным поступлением влажного морского воздуха.
Возле гор воздух вынужден подниматься по склонам, охлаждается и чаще даёт осадки.
В другой местности серия циклонов может снова и снова приносить облачность и фронты.
Поэтому количество дождя зависит не только от того, сколько воды испарилось, но и от движения атмосферы.
Почему осенью часто идут дожди
Осень действительно кажется особенно дождливой во многих регионах, но правило «осенью осадков всегда больше всего» неверно.
В умеренных широтах осенняя погода часто связана с продолжительными фронтальными облаками и циклонами. Солнце стоит ниже, поверхность прогревается слабее, а вода после дождя испаряется медленнее.
Поэтому сырость может держаться дольше, а несколько часов мелкого дождя запоминаются сильнее короткого летнего ливня.
Но климат различается.
Во многих местах максимум осадков приходится как раз на лето. Поэтому правильнее спрашивать не «почему осенью всегда больше дождя», а «почему осенью в моём регионе часто бывает дождливая погода».
Почему бывает дождь, а бывает снег
Главное различие определяется температурой и тем, что происходит с частицей осадков по дороге от облака до земли.
Высоко в облаке осадки нередко формируются как лёд.
Если снежинка падает через достаточно толстый слой воздуха с температурой выше нуля, она тает.
На землю попадает дождь.
Если холод сохраняется до самой поверхности, частица остаётся снежинкой.
А если на пути чередуются тёплые и холодные слои, могут возникнуть более сложные виды осадков — например ледяной дождь или ледяная крупа.
Получается, дождь и снег иногда являются разными финалами одного путешествия.
Опыт: откуда берутся капли на холодном стакане
Капельки на внешней стороне холодного стакана появляются из водяного пара, который уже был в окружающем воздухе.
Возьми стакан или банку из холодильника и поставь на стол.
Через некоторое время внешняя поверхность станет влажной.
Стакан не протекает.
Воздух возле холодной стенки охлаждается, и часть содержащегося в нём водяного пара конденсируется в жидкую воду.
Это не точная модель образования облака — в атмосфере процессы значительно сложнее. Но переход «невидимый водяной пар → жидкие капельки» можно увидеть собственными глазами.
Куда уходит вода после дождя
После падения на землю дождь не заканчивает путешествие: вода просачивается в почву, стекает в ручьи и реки, попадает в озёра и океан, используется живыми организмами и снова испаряется.
И вот мы вернулись к той самой луже.
Вчера вода упала на землю из облака.
Сегодня часть её испарилась.
Через некоторое время некоторые из этих молекул снова окажутся в облаке.
А потом, возможно за сотни или тысячи километров от нашей лужи, опять выпадут дождём или снегом.
Так почему идёт дождь
Дождь идёт потому, что вода постоянно перемещается между поверхностью Земли и атмосферой.
Сначала жидкая вода испаряется и превращается в невидимый водяной пар.
Затем влажный воздух поднимается и охлаждается. Водяной пар конденсируется, и появляются мельчайшие облачные капли или кристаллы льда.
Внутри облака они растут.
Когда частицы становятся достаточно крупными, они начинают падать.
Если до поверхности Земли вода добирается в жидком состоянии, мы видим дождь.
А когда после дождя выглядывает солнце, иногда можно увидеть ещё одно следствие взаимодействия света и капель воды — радугу.
Так что пропавшая лужа никуда не исчезла. Её вода просто отправилась в следующее путешествие.
Коротко для школьного сообщения
Дождь образуется из воды, которая испаряется с поверхности Земли. Невидимый водяной пар попадает во влажный воздух, который поднимается и охлаждается. Пар конденсируется, образуя облачные капли и кристаллы льда.
Маленькие капельки сами по себе слишком малы для дождя. Внутри облака они сталкиваются и сливаются, а ледяные кристаллы могут расти и затем таять. Когда частицы становятся достаточно крупными, они выпадают из облака.
Если осадки долетают до поверхности в жидком состоянии, идёт дождь.
Источники
- NOAA NESDIS — What Makes It Rain?
- NOAA JetStream — Precipitation
- U.S. Geological Survey — Precipitation and the Water Cycle
- U.S. Geological Survey — Are Raindrops Shaped Like Teardrops?
- Met Office — Rain
- Met Office — The Water Cycle