Nadýchaný mrak nad hlavou váží jako sto slonů. A přesto nespadne.
Mrak vypadá jako lehoučký chomáč páry, kterým by profoukl i slabý vítr. Ve skutečnosti v sobě nese stovky tun vody – a přesto se nezřítí k zemi.
#mrak#počasí#fyzika#věda#meteorologie
Podle výpočtu amerického geologického ústavu USGS obsahuje běžný kupovitý mrak o objemu jeden krychlový kilometr v průměru půl gramu vody na krychlový metr vzduchu. Když se to vynásobí objemem celého mraku, vyjde asi 500 000 kilogramů vody – 500 tun, tedy zhruba tolik, co sto dospělých slonů.
A bouřkový mrak ještě víc
Bouřkové mraky (cumulonimby) jsou mnohem větší a hustší. Podle výpočtu meteorologa z Univerzity v Readingu má typický bouřkový mrak rozměry kolem deseti kilometrů na výšku i šířku a obsahuje asi dva gramy vody na krychlový metr. Vyjde z toho přibližně 2 miliony tun vody – zhruba čtyřtisíckrát víc než u obyčejného kupovitého mraku. Přesný poměr záleží na tom, čí odhad hustoty vody v „běžném" mraku se použije – různí meteorologové ho odhadují mírně jinak (od 4000× do 8000×), ale řádový rozdíl mezi oběma typy mraků zůstává stejný.
Jak se to vůbec dá zjistit
Nikdo mrak nedá na váhu – meteorologové místo toho měří, kolik vody je v daném objemu vzduchu (obsah kapiček na krychlový metr), a to vynásobí celkovým objemem mraku. Obsah vody se dnes odhaduje z družicových snímků a meteorologického radaru, který dokáže rozlišit i husté bouřkové mraky od řídkých kupovitých. Právě proto se odhady mezi jednotlivými meteorology mírně liší – každý pracuje s trochu jinak naměřeným průměrem.
Proč by mrak podle fyziky měl padat – a nepadá
Tolik vody by podle zdravého rozumu měla spadnout k zemi. Část vysvětlení leží ve vzduchu samotném: molekula vodní páry váží méně než molekuly dusíku a kyslíku, které nahrazuje, takže vlhký vzduch je sám o sobě o trochu lehčí než suchý. Podle propočtu americké meteorologické služby NOAA má vzduch uvnitř mraku ve výšce kolem dvou kilometrů hustotu asi 1,003 kilogramu na krychlový metr, zatímco stejně teplý suchý vzduch tam váží 1,007 kilogramu na krychlový metr. Tenhle rozdíl je ale malý a sám o sobě celou záhadu nevysvětlí – kdyby stačil, mrak by nikdy nemohl zapršet. Rozhodující je až druhý mechanismus.
💡 Zajímavost: Aby vznikla jedna jediná kapka deště, musí se v mraku spojit asi milion mikroskopických kapiček.
Kapičky jsou tak malé, že prakticky nepadají
Voda v mraku totiž není vcelku, ale rozptýlená do desítek až stovek biliard mikroskopických kapiček o poloměru kolem 10 mikrometrů, v průměru tedy asi 20 mikrometrů – zhruba třetina šířky lidského vlasu. Do jednoho jediného náprstku by se jich vešly stovky milionů. Podle standardního fyzikálního výpočtu (Stokesova zákona pro pád malých částic vzduchem) taková kapička padá rychlostí sotva 1,1 kilometru za den – tedy necelý centimetr za sekundu. Stačí proto úplně slabý vzestupný proud vzduchu uvnitř mraku, řádově jen o málo rychlejší, a kapička klesání zastaví úplně.
Kapička se stane deštěm, teprve když se srazí s dost dalšími kapičkami a naroste natolik, že ji vzestupný proud vzduchu už neudrží nahoře. V bouřkových mracích jsou vzestupné proudy mnohem silnější, běžně kolem několika metrů za sekundu – tam tak kapička poletuje uvnitř mraku mnohem déle, než konečně spadne, a stihne přitom nabrat mnohem větší váhu než v obyčejném kupovitém mraku. Právě proto z bouřkových mraků padají velké, těžké kapky, zatímco z tenkých kupovitých mraků prší jen zřídka a slabě.
Ilustrační foto: Nothing Ahead / Pexels
Ověřeno z:
- USGS Water Science School — How much does a cloud weigh?
- University of Reading, Dept. of Meteorology (Dr Rob Thompson) — How much do clouds weigh?
- NOAA/National Weather Service — hustota vlhkého vs. suchého vzduchu
