Ský

Mér datt í hug að skrifa smá samantekt hérna á hlutum sem flestir hafa pælt í en ekki nennt að rannsaka – hvernig ský myndast, af hverju þau líta út fyrir að liggja á fleti, af hverju rignir bara stundum og fleira í þeim dúr. Til að skilja ekki eftir pirrandi eyður í þekkingu fer ég fyrst yfir nokkra hluti sem fyrst gætu virst heldur ótengdir, en ég reyni að koma mér að efninu fljótt og skýrt.

Hlutþrýstingur vatns
Sumir varhugaverðir kennarar eiga það til að segja að loft verði “mettað” af vatni, og benda á rakastigsprósentur því til stuðnings. Það er heldur villandi orð, því rakastigsprósentan er sú sama í lofttæmi. Til að skilja hvernig “mettunin” á sér stað þarf að gægjast niður í veröld stakra sameinda. Hitastig vatns (og alls annars) ræðst af því hve hratt eindir hristast, hreyfast og skella á hitamælinum. Þeim mun fastar sem þær skella á hitamælinum, þeim mun hærra hitastig birtir hann. Vatnssameindir eru sérstakar að því leiti að þær laðast mikið hver að annarri. Þetta sést ágætlega á hve mikil yfirborðsspenna vatns er, vatnssameindirnar undir fótum skordýrs haldast svo að segja í hendur og halda því uppi.

En það að vatnið hafi hitastig þýðir að sameindirnar eru á sífelldri hreyfingu. Sumar hreyfast mjög hratt, sumar löturhægt, en flestar nálægt meðalhraðanum. Ef ein af þeim hraðskreiðari liggur nálægt yfirborðinu og stefnir upp úr því getur hún sloppið úr faðmlagi náliggjandi einda og gufað upp. Þetta gerist við öll hitastig, bara mishratt. Af og til liggur leið uppgufuðu eindanna inn í vatnið aftur. Vatnsborðið lækkar því þar til jafn margar eindir gufa upp og gleypast niður í vatnið aftur. Þá er talað um að loftið sé “mettað”, þótt augljóslega tengist þetta loftinu ekki neitt. Og auðvitað mettast ekki neitt ef ekkert lok er yfir vatnsborðinu, því þá fara eindirnar bara út í buskann og ekki í vatnið aftur. Þrýstingurinn sem stafar af þessum uppgufuðu eindum – þrýstingur er krafturinn sem högg eindanna á yfirborðið sem þær eru lokaðar í valda – sá þrýstingur er kallaður hlutþrýstingur vatns. Maður tekur lítið eftir honum þar sem hann er svo lágur, en hlutþrýstingur vatnsleystrar kolsýru, svo dæmi sé tekið, er hærri. Það þýðir að kolsýrueindirnar fljúga úr vatninu mjög greitt, sem er af hverju gosflöskur eru svo uppþandar og gosið gufar svo mikið hraðar úr þeim en vatnið.

Vatnssameindirnar í loftinu eiga það svo til að falla í faðmlög sín á milli ef þær ferðast nógu hægt innbyrðis, sumsé ef þær eru nógu kaldar eða nógu margar.

Loftræsting
Þegar þú dýfir þurrum trékubb ofan í vatn og sleppir þá flýtur hann upp. Vatnssameindunum rétt undir kubbnum er haldið niðri af vatninu fyrir ofan kubbinn og kubbnum sjálfum, en þær við hliðar þeirra liggja bara undir vatni, sem er öllu þyngra. Þær síðarnefndu eiga sumsé greiðari leið undan þrýstingnum með því að fara undir kubbinn og ýta honum þannig upp.
Þegar sólin skín á yfirborð jarðar, hvort sem það er sjór eða land, þá hitnar yfirborðið, og vatnið á því gufar upp í auknu magni. Heitt loft er gisnara en kalt og því léttara, en þar sem það er allt í fleti undir köldu loftinu er ekkert til að ýta undir það og lyfta því upp. Það gerist ekki fyrr en smá óreiða verður á skilunum, og þá sprettur upp loftbóla af röku og heitu lofti sem lyftist áfram og kólnar þar til það er orðið jafnheitt loftinu um kring. Oft er það þá orðið nógu kalt til að vatnið byrji að þéttast í fjölda smádropa. Þar sem hitastig lækkar á uppleið frekar jafnt um 1°C/100m gerist það í nokkurnveginn sömu hæð fyrir jafn rakt loft.
Þegar þetta gerist í miklum mæli, sérstaklega þegar heitt og kyrrt er í veðri, myndast svokölluð bólstraský.

Aðrar skýjagerðir
Dæmigerða skýja- og regnmyndunin er þegar rakt loft er drifið yfir fjall eða fjallgarð og kólnar við það, jafnvel svo mikið að það rigni úr því. Þannig vinda Himalajafjöll vatn úr lofti sem berst frá suðri yfir Indland og skila loftinu skraufþurru norður yfir tíbesku hásléttuna, eins og sjá má hér. Stærsta bylgja heits og raks lofts veldur, sem alkunnugt er, monsúnflóðum í Indlandi og Pakistan.

Raki þéttist yfir fjalli

Raki þéttist yfir Klyuchevskaya Sopka í Rússlandi

Þegar heitt og rakt loft mætir köldu lofti geta myndast flöt ský á skilunum. Þegar heita loftið liggur á því kalda á stóru svæði getur slík samfella þakið allan himininn og kallast hún þokuský. Enn ofar, í frostkulda þeirrar hæðar sem flugvélar fljúga í, á raki það til að þéttast beint í smágert íshröngl sem hrynur niður frá rakablettinum. Þar sem vindar í lofthjúpnum stefna ekki allir í sömu átt fýkur þessi snjór um allar trissur og myndar vel þekkt mynstur á himninum.

Þessi ský nefnast klósigar og geta líka myndast út frá flugvélaslóðum. Eins og kristalprismurnar sem maður getur hengt í gluggann hjá sér eiga ískristallarnir það til að brjóta sólarljós þannig að nokkurs konar regnbogi sést í þeim. Til þess þarf sól að vera hátt á lofti, ísinn þarf að frjósa í sexhyrnt form og kristallarnir þurfa að liggja samsíða. Þessi regnbogi liggur þá í hring í kringum sólina og kallast rosabaugur.

Rosabaugur

Rosabaugur

Svona klakar myndast líka efst í skýjum sem ná nógu hátt upp. Vatnsdroparnir í skýinu eru á báðum áttum hvort þeir skulu falla eða ekki, og ráða þar helst tveir kraftar, loftþyrillinn allt um kring og þyngdarkrafturinn. Þar sem yfirborð dropa er hlutfallslega stærst þegar dropinn er minnstur ráða loftþyrlar mestu um hvert slíkir dropar fara, og þeir eiga það til að stefna upp, til dæmis í bólstraskýjum. Þegar droparnir stækka hættir loftið að geta haldið þeim uppi og þeir taka að falla. Þeir skvettast þá oft sundur á niðurleiðinni og skiptast í smærri dropa, sem aftur geta flotið upp. Fyrrnefndir kristallar, efst í skýjunum, vaxa hraðar en dropar og bæði bráðna síður og falla síður sundur. Því hærra sem skýið er, því kaldara er það efst og því viðameiri verða droparnir og kristallarnir þar, og því fellur mest regn úr þeim.
Klakinn sem fellur úr klósigum bráðnar svo áður en langt um líður og droparnir gufa upp, enda falla þeir í gegnum þurrara loft. Það sama gerist á jöðrum skýja. Ystu droparnir sleppa vatnssameindum út fyrir skýið sem snúa ekki aftur, og skýið eyðist smám saman upp.

Þannig er þá ævisaga skýja. Til að slá botninn í þetta er vert að svara einni spurningu enn, hvers vegna eru skýin hvít? Vatnsyfirborð speglar hluta þess ljóss sem fellur á það og hleypir í gegnum sig afgangnum. Ský eru augljóslega með gríðarlega mörg slík vatnsborð, og því speglast úr þeim langmest ljós sem fellur á þau. Því þykkari og hærri sem þau verða, því minna ljós nær alla leið í gegnum þau, og eru dökk ský því oft fyrirboði úrkomu.