Jak se váží mrak

Také rádi létáte letadlem? Miluji pohled na "šlehačkové" kopce mraků, kterými se letadlo prodírá, nebo pohled na malé mráčky vrhající stín na krajinu dole. Mraky vypadají lehké, měkké a načechrané, vznášejí se, takže vypadají lehčí než vzduch. Ale nenechte se zmást – jsou mnohem, mnohem těžší, než se zdají.

Mraky se skládají hlavně ze vzduchu a milionů drobných vodních kapiček, které se tvoří, když voda kondenzuje kolem tzv. kondenzačního jádra, čili nějaké částice např. aerosolu. Částice mohou být cokoli od molekul kyseliny dusičné, prachových částic až po páry uvolňované rostlinami, ale obecně jsou velmi malé.

Jak měřit hmotnost mraku 

Existuje několik způsobů. Prvním je zvážit vodní páru, která mraky tvoří. K tomu "potřebujete vědět něco o rozměrech mraku. Armin Sorooshian, hydrolog z Arizonské univerzity, říká: "Musíte také vědět, jak hustě jsou kapičky uspořádány."Živé vědecké video za 9 sekund

Před několika lety Margaret LeMoneová, expertka přes atmosféru z Národního centra pro atmosférický výzkum v Boulderu v Coloradu, přemýšlela o hmotnosti vody v průměrném kupovitém oblaku a počítala ji. Nejprve změřila velikost stínu mraku a odhadla jeho výšku, přičemž předpokládala zhruba krychlový tvar. Pro mraky není typický tvar krychle, ale kupovité mraky jsou často stejně vysoké jako široké, takže tento předpoklad pomohl zjednodušit výpočet objemu. Typický cumulus – kupa - má obvyklou hustotu 0,5 g/m³, jeho výška i šířka bývá zhruba 1 kilometr. Z těchto informací pak můžeme jednoduše spočítat, že jeden cumulus má objem 1 miliardu metrů krychlových a obsahuje asi 500 tun vody! Jeden průměrný cumulus tak váží jako 100 slonů. Takových mraků se honí oblohou nespočet. Sloní stáda zavěšená nad našimi hlavami!

Různé typy mraků mají samozřejmě různou hmotnost. Například cirrová mračna (cirrus - jemná dlouhá průsvitná vlákna, z nichž nikdy neprší) jsou mnohem lehčí, protože mají mnohem méně vody na jednotku objemu. A mraky cumulonimbus (tmavé hromové hlavy, které vidíte těsně před bouří) jsou zase mnohem těžší. Bouřkový mrak – cumulonimbus - může vážit i šestkrát více, asi 3 000 tun.

Nicméně celý objem oblaku nejsou jen kapičky; je tam také vzduch. Pokud by někdo chtěl posunout výpočty o krok dále, mohl by zohlednit hmotnost vzduchu mezi jednotlivými kapkami.

Když jsou mraky tak těžké, proč nepadají dolů? 

Za prvé, kapičky jsou tak malé, že nepadají příliš rychle. Průměrná kapička vody v mraku je zhruba  milionkrát menší než dešťová kapka – je to přibližně jako poměr velikosti  Země a Slunce. Jedna kapka v oblaku se pohybuje okolo 2 mikrometrů (mikrometr = jedna milióntina metru = 0,000 001 metru. Lidský vlas má šířku asi 50 – 70 µm). Gravitace má na ně tedy minimální vliv. Větrné proudy ve vysokých nadmořských výškách vyfukují tyto drobné kapičky, pohybují s nimi a udržují je ve vzduchu mnohem déle, než kdyby byly statické.

Za druhé tepelná konvekce také pomáhá udržet kapky ve vzduchu. Oblak je ve skutečnosti méně hustý než vzduch přímo pod ním. Teplý vzduch (a teplá vodní pára) stoupá, jsou lehčí než studený vzduch (a studená voda) pod ním. Představte si to jako vrstvu pěny na hladině caffe latte.

Ale ony padají 

Samozřejmě lze říci, že mraky "padají" dolů ve formě deště. Když se oblačné kapky ochladí a kondenzují, shlukují se do sebe, rostou a nakonec se stanou tak těžkými, že začnou padat na zem. Ačkoli dešťová kapka je mnohem větší než původní kapka v mraku, každá dešťová kapka má stále jen přibližně 2 milimetry v průměru (podle Univerzitního centra pro atmosférický výzkum). Tyto malé kapky rozloží váhu natolik, že vám 500 tun vody nespadne na hlavu najednou. 

Takže až příště uvidíte šťastný malý obláček nad hlavou, vzpomeňte si: 100 slonů. A poděkujte přírodě za tepelnou konvekci.

Modrá planeta 

Kvůli hojné zásobě vody se Země jeví z vesmíru jako modrá. Asi 71% zemského povrchu je pokryto vodou. 96,5 % zásob vody je v oceánech. V důsledku hydrologického cyklu není voda na Zemi nikdy příliš dlouho na jednom místě. Odpařuje se, mění se na páru, kondenzuje a vytváří mraky a padá zpět na povrch jako srážky. Cyklus pak začíná znovu. Víme, kolik je vod v mořích, ale kolik vody je tedy v atmosféře? Jednoduše řečeno, na obloze jsou právě teď miliardy litrů vody, většinou ve formě páry. Podle USGS (Amerického geologického průzkumu) se objem veškeré vody na Zemi odhaduje na téměř 1,4 miliardy kubických kilometrů. (1 krychlový kilometr vody by naplnil asi 400 000 olympijských plaveckých bazénů).  

Odpařená voda zůstává v atmosféře asi 10 dní. V atmosféře je asi 140 milionů miliard galonů vody. Pokud by celá tato hmota spadla najednou, zvýšilo by to hladinu globálního oceánu asi o 3,8 centimetru. Tak dramatický vzestup hladiny moře by pravděpodobně měl strašlivé následky. Pokud globální hladina moří stoupne o 5 cm, nízko položená města, jako jsou Bombaj a Kóčin v Indii; Abidžan, Pobřeží slonoviny; a Jakarta v Indonésii – které mají dohromady více než 28 milionů obyvatel a jsou již zranitelné pobřežními záplavami – by byly významně postiženy.

Průměrné množství vody v atmosféře se mění podle ročního období a polohy, ale obecně řečeno, tropické oceány a vlhké tropické oblasti mají nad sebou nejvíce vodní páry, která se pohybuje s ročním obdobím; Arktické pevninské oblasti nebo vysokohorské oblasti mají nejméně. Teplý vzduch pojme více vodních par, je tedy pro přepravu vody mnohem lepší.

Voda jako skleníkový plyn 

Změna klimatu může v nadcházejících desetiletích ovlivnit množství páry v atmosféře. Pokud se vlivem oteplování odpařování z povrchu zvýší, zvýší se množství vody v atmosféře. V důsledku toho by se mohlo případně urychlit globální oteplování. Vodní pára je velmi účinný  skleníkový plyn, a když je ho v atmosféře více, přispěje k zesílení skleníkového efektu. 

Zdroje: Kolik vody je v zemské atmosféře?

Kolik váží mrak? | Živá věda (livescience.com)

Kolik vody je v zemské atmosféře? | Živá věda (livescience.com)