Zanimive oblačne strukture ob močni burji v Kvarnerju
Fotografija: Iztok Sinjur
Oblaki so sestavljeni iz nešteto drobnih kristalov ali vodnih kapljic velikosti približno stotinke milimetra. Barva oblakov je odvisna od prosojnosti in svetlobe, s katero so obsijani. Debeli oblaki lahko odbijejo do 95 % vse vpadle svetlobe, zato so, obsijani s soncem, videti izrazito beli; ob vzhodu in zahodu sonca se večina modre in zelene svetlobe na dolgi poti skozi ozračje absorbira, zato so osvetljeni oblaki rumeno ali rdečkasto obarvani.
Vrste oblakov
Meteorologi oblake v troposferi, najnižji plasti ozračja, delijo po sistemu, ki ga je leta 1802 predlagal Luke Howard. Z opisnimi latinskimi izrazi jih razvrščajo v rodove, vrste in podvrste. Ločimo nizke, srednje in visoke oblake ter tiste, ki rastejo kvišku.
Nizki oblaki s svojim vznožjem oziroma bazo segajo do nadmorske višine okoli 2 km, srednji oblaki so od 2 do 6 km visoko, visoki oblaki pa od 6 do 12 km visoko.
Med nizke oblake prištevamo stratuse (plastoviti oblaki), stratokumuluse (kopasto-plastoviti oblaki) in kumuluse (kopasti oblaki). Višje v ozračju nastajajo altokumulusi (velike ovčice) in altostratusi (v obliki sive koprene), najvišje pa so cirusi (vlaknasti oblaki), koprenasti cirostratusi in cirokumulusi (male ovčice). Oblaki, ki sežejo v dva ali vse tri višinske nivoje, so razviti kopasti oblaki (kumulusi vrste kongestus), nevihtni oblaki (kumulonimbusi) in navadni deževni oblaki (nimbostratusi). Nizki oblaki so v zmernih geografskih širinah običajno sestavljeni iz vodnih kapljic, visoki pa iz ledenih kristalčkov; v vmesni plasti pa najdemo tako ledene kristalčke kot vodne kapljice.
V Grosupeljski kotlini nastaja megla.
Fotografija: Iztok Sinjur
Poznamo tudi redke, a zato toliko lepše oblake nad troposfero. Nočni svetleči oblaki na višini okoli 80 km, v mezopavzi, se pojavljajo zlasti v poletnih mesecih. Vidni so kot beli ali modrikasti prameni v večernem ali jutranjem mraku v krajih med 50° in 60° geografske širine. Pogostejši so v času manjše Sončeve dejavnosti (kot npr. leta 2008 in 2009). Ker so jih prvič zabeležili šele konec 19. stoletja, nekateri sklepajo, da gre za znamenje podnebnih sprememb. Prevladujeta dve hipotezi: po prvi naj bi se pogostost nočnih svetlečih oblakov povečala zaradi ohladitve mezosfere, po drugi naj bi se zaradi človekovih izpustov metana bistveno povečala količina vodne pare v zgornjem delu ozračju; s tem naj bi se izboljšale danosti za nastanek opisanih oblakov.
Med posebne vrste oblakov spadajo tudi biserni oblaki. Ti barviti stratosferski oblaki so na višini 15–25 km. Nastajajo nad polarnimi območji, kadar temperatura zraka pade pod –78 °C. So znanilci nastanka ozonske luknje, saj povzročajo kemične reakcije, ki uničujejo ozon. Poleg ledu ena od vrst teh oblakov vsebuje tudi dušikovo ali žveplovo kislino.
Nastanek in razvoj oblakov
Za nastanek oblakov je bistveno dviganje zraka, ki lahko poteka na dva načina. Prvi od teh – pogostejši v hladni polovici leta – je z dviganjem zračne mase na širšem območju (v ciklonih, na frontah). Ciklon je območje nizkega zračnega pritiska z vetrovi, ki krožijo v smeri, nasprotni urnim kazalcem, in proti središču vrtinca. Zaradi stekanja zraka pri tleh se zračna masa v ciklonu dviga, kar povzroči ohlajanje in nastanek oblakov. Ta proces je še posebno izrazit na mejah zračnih mas oziroma front, na tako imenovanih frontalnih območjih.
Topla fronta na sprednji, običajno vzhodni strani ciklona, je območje narivanja toplega zraka na klin hladnejšega zraka pod sabo. Ob približevanju tople fronte najprej opazimo visoko, koprenasto oblačnost, saj je meja zračnih mas v višinah »pred« tisto pri tleh. Ob prehodu tople fronte se oblačnost gosti, na nebu se pojavijo slojasti altostratusi, skozi katere sonce po navadi le medlo sije. Iz zgoščenih, deževnih nimbostratusov nato običajno začne enakomerno deževati ali snežiti. Nevihtni oblaki se v topli fronti pojavljajo le izjemoma. Po prehodu fronte se nebo bodisi postopno zjasni, bodisi ga še naprej prekrivajo stratusi ali stratokumulusi. Topla fronta je na vremenskih kartah običajno označena z rdečo črto, na kateri so polkrogi.
Dvojna mavrica
Fotografija: Gregor Vertačnik
Dogajanje na hladni fronti je burnejše kot na topli. Klin hladnega zraka za hladno fronto hitro napreduje in pred sabo odriva toplejšo in vlažno zračno maso. Ob dvigovanju slednje nastajajo kopasti, včasih tudi slojasti oblaki, pogosto pa pred njimi na nebu plujejo visoki koprenasti oblaki. Prehod tipične hladne fronte zlasti poleti spremljajo nevihte z močnejšimi padavinami. Za hladno fronto se v hladnem zraku običajno hitro zjasni, a čez dan zaradi velike temperaturne razlike med prizemnimi in višjimi plastmi zraka znova kipijo kopasti oblaki – pravimo, da je ozračje nestabilno. Iz teh oblakov se lahko razvijejo plohe in nevihte.
Tretji tip fronte je okluzija, nekakšna zmes prej opisanih front. Ker hladna fronta okoli ciklona napreduje hitreje kakor topla, jo sčasoma ujame – hladni zračni masi pred toplo in za hladno fronto se združita ter topel zrak odrivata višje v ozračje. Padavine so običajno najobilnejše na tako imenovani trojni točki, sečišču vseh front, saj tam plast toplega in vlažnega zraka sega do tal.
Drugi način nastajanja oblakov je posledica termičnega dviganja ogretega zraka. V toplih in vročih pomladnih ter poletnih dneh se pogosto razvijejo kopasti oblaki. Sončno obsevanje dovolj segreje tla in plast zraka nad njimi, da se posamezni deli zraka zaradi vzgona dvignejo kot toplozračni baloni. Na poti navzgor se zrak razpenja in ohlaja; ko doseže temperaturo rosišča, se v obliki kopastih oblakov začne izločati odvečna vodna para. Višina, na kateri začnejo nastajati oblaki, je odvisna od vlažnosti dvigajočega se zraka. Ker se pri kondenzaciji sprošča toplota (obratni proces je izhlapevanje, pri katerem se toplota porablja), se zrak dodatno segreje. Kadar temperatura z višino počasi pada ali celo narašča (stabilno ozračje), ostanejo tako nastali kumulusi plitvi in so znak lepega vremena. V nestabilnem ozračju pa presežek toplote povzroči nadaljnjo rast kumulusov (dobivajo obliko oblačnih stebrov), ki pogosto dosežejo zgornji sloj troposfere. Tam se običajno razširijo v obliko pahljače ali nakovala s svilnatim, razcefranim robom. To je najznačilnejša oblika nevihtnega oblaka, iz katerega se usuje ploha, ki je od daleč videti kot siva zavesa. Poleg tega nevihtni oblak vedno spremljata bliskanje in grmenje, običajno zapiha tudi izrazit nevihtni piš.
Razvit kopasti oblak, zadnja faza pred nastankom nevihtnega oblaka Fotografija: Iztok Sinjur
Nekateri oblaki nastanejo tudi s preoblikovanjem drugih (npr. iz »nakovala« nevihtnega oblaka nastane cirusni oblak). Oblaki izginejo zaradi izhlapevanja oblačnih kapljic v zraku, nenasičenem z vodno paro. Tako lahko jutranja nizka oblačnost razpade zaradi sončnega ogrevanja zračne mase, v zavetrju gorskih grebenov se zrak pri spuščanju stiska, ogreva in v relativnem smislu tudi suši. Na meji oblaka pride do mešanja zraka, oblačne kapljice v bolj suhem zraku izhlapevajo.
****************************************************
Strela
Strela je pretakanje naboja med različnimi deli oblaka ali med oblakom in tlemi. Pri slednji se običajno pretoči negativni naboj. Pri udaru strele se zrak lahko segreje do 30.000 °C. Običajno se pretoči »le« kakih 30 As (ampersekund) naboja, a pri napetosti okoli milijarde voltov to pomeni 10.000 kWh energije – od tod streli rušilna moč. Dejansko pri streli vidimo večkratno pretakanje naboja sem in tja; v delčku sekunde torej strela udari večkrat. Strele se pojavljajo tudi v gobastih oblakih ob izjemno močnih ognjeniških izbruhih. Nastanek strele še ni zadovoljivo pojasnjen, obstaja več bolj ali manj sprejetih hipotez. Ena od njih pravi, da so za pretakanje naboja krivi trki podhlajenih kapljic z ledenimi kristali. Lažji ledeni kristali naj bi se ob trku pozitivno nabili, vzgornik pa naj bi jih nesel v nakovalo nevihtnega oblaka. Tako naj bi zgornji del oblaka postal izrazito pozitivno, srednji in spodnji del pa negativno nabit. Presežek negativnega naboja se s strelo prenese proti tlom; pravimo, da je strela udarila v tla.
***************************************************
Nastanek padavin
V zmernih geografskih širinah je najpomembnejši proces v oblakih rast ledenih kristalov na račun vodnih kapljic. Navpično razsežni padavinski oblak vsebuje mešanico vodnih kapljic in ledenih kristalov. Ti oblačni delci nastajajo na nečistočah oziroma aerosolu v zraku (delcih prahu, soli itd.). Na aerosolu se nabere večji skupek molekul vode in glede na temperaturo nastane bodisi oblačna kapljica bodisi ledeni kristal. V oblačnih predelih z negativno temperaturo najdemo tako podhlajene kapljice kot kristalčke; tam se prične rast padavinskih delcev. Nad kapljicami je zrak nasičeno vlažen (relativna vlažnost je 100 %), zato kapljice ne morejo izhlapevati, nad ledenimi kristalčki pa je zrak celo prenasičeno vlažen (relativna vlažnost je nad 100 %), zato se odvečna vodna para odlaga na ledene kristalčke, ki tako rastejo. Prenos vodne pare na kristalčke hkrati povzroči, da zrak nad kapljicami ni več nasičeno vlažen, zato kapljice izhlapevajo – od tod ime procesa »rast ledenih kristalov na račun vodnih kapljic«. Stalno dviganje zračne mase in nastajanje novih oblačnih delcev omogoča nemoteno rast ledenih kristalčkov. Ko ledeni kristali dosežejo zadostno velikost, začno padati proti tlom kot snežinke. Na poti navzdol pobirajo počasnejše oblačne delce in se tako še povečujejo. Če temperatura zraka na tej poti naraste nad ničlo, se snežinke talijo in sčasoma preobrazijo v dežne kaplje.
Vrečaste tvorbe na spodnji strani nakovala so običajno znak razpadanja nevihtnega oblaka.
Fotografija: Iztok Sinjur
Toča in sodra nastaneta na podoben način. Snežinka, ki sestavlja jedro toče ali sodre, na svoji poti po nevihtnem oblaku pobira podhlajene vodne kapljice. Te primrzujejo in tako debelijo zrno sodre ali toče. Če zrno toče po padanju znotraj oblaka znova zaide v vzgornik, se lahko spet dvigne in odebeli na račun podhlajenih kapljic. Zaradi menjajočega se taljenja in zmrzovanja imajo točna zrna čebulno strukturo – število slojev nam pove število ciklov (potovanj navzgor in navzdol) znotraj oblaka. Točno zrno prej ali slej doseže kritično velikost in pade iz oblaka. Odvisno od vremenskih razmer pod oblakom in velikosti zrna se to lahko bolj ali manj stali, preden doseže tla. Kadar so ledena zrna na tleh večja od pol centimetra, govorimo o toči, sicer o sodri.
Več v marčni številiki revije GEA.
