Хмари Енциклопедія ЕСБЕ
Хмари Зміст: I. Хмари та їх класифікація; ІІ. Будова О.; ІІІ. Висота О.; IV. Сріблясті О.; V. Способи вимірювання висоти та швидкості руху Про.
I. Коли в атмосфері під впливом різних умов відбувається охолодження повітряних мас, то кількість водяної пари в будь-якій її точці може перевершити граничну величину, необхідну для насичення повітря за цих умов. У цьому випадку водяні пари, що опинилися в надлишку, повинні згуститись, тобто перейти в рідкий або навіть твердий стан. Якщо таке згущення або конденсація парів відбувається на певній висоті в атмосфері і приймає досить великі розміри, причому частинки води, що виділилися, або кристалики льоду скупчуються в значні маси, то результатом такого скупчення є освіта О. Завдяки тій важливій ролі, яку відіграють Хмари в житті природи. як джерело вологи, що виливається ними у вигляді дощу, снігу і т. д. на земну поверхню, як захист від спеки сонячних променів у літні, спекотні дні або від зимового та нічного охолодження променем випромінювання тепла в міжпланетний простір, — Хмари з дуже давніх часів уже стали об'єктом спостереження: так, в Євангелії знаходиться чітка вказівка на вміння євреїв до певної міри судити про майбутню погоду (Матв., XVI, 2-3); на те саме вказують народні прикмети та вислови, в яких виражені вироблені довгим досвідом народні правила передбачення погоди на вигляд О. Наукове ж вивчення Хмари почалося порівняно недавно.
А. Високі Хмари (у середньому близько 9000 м над поверхнею Землі), а-1. Перисті (Cirrus). б-2. Перисто-шаруваті (Cirro-Stratus).
В. Хмари середньої висоти (між 3000 та 7000 м.). а-3. Перисто-купчасті (Cirro-Cumulus). а-4. Високі купчасті (Alto-Cumulus). б-5. Високі шаруваті (Alto-Stratus).
С. Низькі Хмари (нижче за 2000 м.). а-6. Шарово-купчасті (Strato-Cumulus). б-7. Дощові (Nimbus).
D. Хмари денних висхідних потоків. а -8. Купчасті (Cumulus, вершина близько 1800, основа - близько 1400 м). б-9. Грозові (Cumulo-Nimbus, вершина 3000-8000, основа - 1400 м).
Е. Туман, що піднявся (нижче 1000 м.).
10. Шаруваті (Stratus).
1. Перисті. 2. Перисто-купчасті. 3. Перисто-шаруваті. 4. Високі купчасті.
5. Високі шаруваті. 6. Те саме. Шарово-купчасті. 8. Те саме.
9. Купчасті. 10. Грозові. 11. Дощові. 12. Шаруваті
Окремі форми хмар класифікація визначає в такий спосіб. 1. Перисті (табл. I, фіг. 1) - роздільні, тонкі, ниткоподібні О., часто мають вигляд борідки пера, зазвичай білого кольору; іноді розташовуються смугами, що перетинають небесне склепіння подібно до меридіанів і, завдяки перспективі, здаються тоді схожими в одній або двох діаметрально протилежних точках горизонту (найчастіше південний захід і північний схід).
2. Перисто-шаруваті (табл. I, фіг. 3) - тонкий, білуватий покрив, іноді майже непомітний і тільки надає небу білуватий відтінок, іноді ж ясно виявляє ниткоподібну будову (як на фіг. 3). Ці Хмари зазвичай спричиняють утворення яскравих білих кіл біля сонця та місяця. 3. Перисто-купчасті (табл. I, фіг. 2) - загальновідомі під назвою "баранчиків". Це — невеликі грудочки або клаптики Хмари білого кольору, майже без тіней, які зазвичай розташовані смугами або групами. 4. Високі купчасті (табл. I, фіг. 4) - великі баранчики. Це - грудки або клаптики Хмари великих розмірів, білі або сіруваті, з відтінками, що розташовуються великими групами. Окремі клаптики Хмари в середині групи мають велику величину табільш компактні, до країв групи утворюють більш тонкі клаптики. Часто вони виявляються витягнутими в ряди по одному або двох напрямках, а окремі грудки іноді видаються настільки скупченими, що краї накладаються один на одного. 5. Високі шаруваті (табл. II, фіг. 5, 6) - щільний покрив сірого або білуватого кольору, поблизу сонця або місяця утворює більш світлу частину, крізь яку видніється блідий, слабосвітиться диск світила ("водянисте сонце"). Ці хмари служать разом із попередньою формою причиною утворення райдужних вінців біля сонця та місяця. Фіг. 5 представляє форму перехідну від високих шаруватих до наступної форми - шарувато-купчастим. 6) Шарово-купчасті (табл. II, фіг. 7, 8) - великі валоподібні маси темних О., часто, особливо взимку, що покривають все небо і надають йому вигляд поверхні, покритої рядами великих хвиль. Шар цих хмар не надто товстий і в проміжки між окремими валами просвічує іноді чисте небо. 7. Дощові (табл. III, фіг. 11) - темні маси безформних хмар з розірваними бахромчастими краями, що супроводжуються зазвичай тривалими, облоговими дощами або снігопадом. У проміжках між цими темними масами видніється нерідко шар лежачих над ними перисто-шарових або високих шаруватих О. Іноді шар дощових Хмари розривається на окремі невеликі пластівці, іноді ці пластівці або уривки пливуть дуже низько внизу великого О.; у разі їх прийнято називати розірваними дощовими (Fracto-Nimbus). 8. Купчасті (табл. III, фіг. 9) - потужні маси Хмари з куполоподібною вершиною, горизонтальною основою і химерними бічними контурами. Це - О., зобов'язані своїм походженням денному висхідному потоку повітря. Вони видаються яскраво-білими, коли спостерігаються на боці неба, протилежному сонцю, - зсильними тінями при бічному освітленні і темними, з яскраво блискучими контурами, коли закривають сонце. Розірвані сильним вітром яскраво-білі шматки купових Хмари звуться Fracto-Cumulus. 9. Грозові (таб. III, фіг. 10) - величезні купи О., нагромаджених у вигляді гір, веж і т. п., оточені зазвичай у верхній частині ореолом ниткоподібної будови (хибні перисті), а знизу масами темних О., що нагадують дощові. Ці Хмари зазвичай супроводжуються короткочасними, але сильними дощами (зливами) та нерідко грозами. 10. Шаруваті (табл. III, фіг. 12) - туман, що піднявся рівним горизонтальним шаром, покриває небо одноманітною сірою пеленою.
Між процесами, яким зобов'язані своїм походженням О., першу роль, за Бецольдом, грає процес охолодження вологих мас повітря внаслідок віддачі свого тепла холоднішим: поверхні ґрунту або морської поверхні. Коли поверхня ґрунту або води, завдяки променевипусканню, охолоне достатньою мірою, то нерідко доводиться спостерігати, як він покривається низьким шаром легкого туману (поземного на ґрунті), що тримається безпосередньо над ним. З утворенням шару туману починається променевипускання на його власній поверхні; цим створюються умови, що викликають подальше наростання туману вгору. Таким чином, виникають витягнуті в горизонтальному напрямку шари туману від кількох сантиметрів до 1000 м завтовшки. При підвищенні температури завдяки сонячному нагріванню слабкі промені сонця, проникаючи крізь товщу туману і, нагріваючи ґрунт, можуть змусити нижні його шари зникнути; в холодну пору року, при вільній від снігу поверхні ґрунту, її власна теплота може зробити те саме. У такому разі туман відокремлюється від поверхні землі і дає початок утворенню типової шаруватої Хмари.(Stratu s). При змішуванні двох неоднаково нагрітих мас повітря, на поверхні зіткнення яких, тобто саме в тому шарі, де утворюються О., можуть виникнути вихроподібні рухи, довгі мови, що вторгаються з одного шару в інший, і т. п.; таким чином виникають найрізноманітніші форми Хмари від тонких, ниткоподібних Cirrus'ів до таких щільних і однорідних покривів як Stratus. Нерідко освіта Хмари відбувається на межі двох горизонтальних повітряних потоків різних температур, що рухаються або в неоднаковому напрямку, або з неоднаковими швидкостями; в такому випадку, як показав це Гельмгольц теоретично і як підтвердили спостереження повітроплавців, на поверхні зіткнення таких потоків повинні виникнути повітряні хвилі і маси Хмари, що утворюються, набувають вигляду покритої хвилями водної поверхні, причому розміри хвиль цілком залежать від швидкостей змішуються потоків. Цим шляхом утворюються форми О., що мають правильну смугасту будову або правильну гребенеподібну форму, як Cirrus (розташовані на зразок борідки пера), Cirro-Stratus, Cirro-Cumulus, Alto-Cumulus, Strato-Cumulus. Третій процес, що супроводжується утворенням Хмари, - це сильні висхідні потоки, що викликаються сильними місцевими нагріваннями різних точок земної поверхні. У цьому випадку, піднімаючись вгору, тепле і щільне поблизу земної поверхні повітря починає швидко розширюватися; робота, що витрачається на розширення, здійснюється за рахунок теплоти мас, що піднімаються, які внаслідок цього швидко охолоджуються, змушуючи при певному ступені охолодження вміст ними водяної пари конденсуватися до утворення О. Відповідно до цих умов виникнення всі Хмари висхідних потоків мають типову куполоподібну вершину при плоскомуяк Cumulus і Cumulo - Nimbus [Сказане відноситься переважно до О., що утворюється на суші.]. Різні приватні деталі в формах, що спостерігаються, зазвичай обумовлені побічними процесами, що завжди супроводжують утворення О. Між Хмарами висхідних потоків заслуговують на увагу хмарні маси, що покривають нерідко схили високих гір або огортають їх вершини, часто протягом дуже тривалого часу залишаючись без будь-якої зміни. Цей тип Хмари цікавий тому, що тут йде звичайно безперервний процес освіти однією і безперервний процес розпаду Хмари з іншого боку. Такими є Хмари на південних схилах Альп під час фена. В цьому випадку тепле, вологе повітря, піднімаючись вгору по схилах гір, охолоджується і на деякій висоті утворюється О., що швидко виростає до вершини гори; тут та частина його, яка починає видаватися над вершиною, підхоплюється загальним перебігом повітря і швидко розсіюється, так що Хмари піднятися вище за вершину гори не може; на місце ж захоплених вітром частин О., знизу швидко утворюються нові і нові маси туману. За цих умов Хмари має розміри, що тривало зберігаються, хоча насправді тут йде безперервний процес його утворення. Умови виникнення перистих та перисто-шарових Хмари ще недостатньо з'ясовані. Деякі подробиці про дощові Хмари див. Дощ.
Для утворення Хмари необхідний перехід пари в краплинно-рідкий стан. Проте, теоретичні дослідження Бецольда, засновані на дослідах Айткена, показали, що це перехід є дуже складне. Дуже дотепними дослідами Айткен констатував, що одного охолодження повітряних мас нижче за температуру їх насичення водяними парами ще недостатньо, щоб пара перейшла в краплиннорідкий стан: для цьогонеобхідно присутність хоча б найдрібніших твердих частинок, на яких і починає збиратися в краплі пар, що конденсується в рідину. Коли повітря, переповнене водяною парою, абсолютно чисте, пари, навіть перейшовши через температуру насичення, не звертаються, проте, в рідину, залишаючись пересиченими. Деякі газоподібні тіла, як, наприклад, озон і азотисті сполуки, також можуть сприяти утворенню водяних крапельок. Що тверді тіла справді відіграють роль при освіті О., це можна бачити вже зі спостережень, які встановили брудних дощів. Сухі тумани також показують, що дрібні частинки пилу можуть бути досить високо піднесені і переносяться на дуже великі відстані. Нарешті, відомі зорі, що спостерігалися за виверженням вулкана Кракатоа в 1883 р., показали присутність найдрібніших частинок викинутої виверженням пилу на великих висотах. Все це пояснює можливість підняття сильними вітрами мікроскопічно дрібних частинок пилу дуже високо в атмосферу і змушує визнати вірність думки Айткена і Бецольда про необхідність присутності твердих частинок освіти О. .
ІІІ. Дослідження Н. Екгольма в Упсалі показали, що взагалі Хмари групуються переважно на наступних трьох рівнях: на висоті близько 1,5 км., 7,0 км. та 9,5 км. Для різних типів хмар висота може за дослідженнями того ж таки вченого, змінюватися в таких межах: