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一朵数百吨重的云,为何能漂浮在空中,这违背科学原理吗?

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有网友邀答:一朵云重量500吨,为何不会掉下来?

我的回答是:当然,这一点也不违背科学道理。

这是因为云朵体量很大,密度低。一朵云总量500吨,不知这位朋友是怎么算出来的。如果是假设,就必须把这朵云的体积也假设一下,这样我们就能够算出这朵云的密度,就好判断了。

现在我们来假定,这位朋友说的这朵500吨的云,如果有1km^3(1立方公里)体积,也就是有1km长,1km宽,1km高。1km^3等于1000000000m^3,这样我们就可以得出这朵云平均每立方米重量为0.0005kg,也就是密度为0.5g/m^3。

我们知道,一般来说,密度越大的物质,同等体积大小就越重,就越往下沉;反之就会上浮。这是一般的科学常识。云是在空气中漂浮的,空气在海平面的1个大气压强下,密度为1.293kg/m^3,而这朵云的密度为0.0005kg/m^3,是空气的1/2586,因此这朵云有什么理由不飘在空气之上呢?

密度随着海拔高度变小。当然,空气密度是随着海拔升高气压、温度变化而变化的,距离地面越高,密度越小,在10km高空,温度约为-50℃,空气密度只有约0.4135kg/m^3。即便这样,其密度也还比水蒸气要大数百倍。而水蒸气的密度是随着温度上升而增加的,也就是说温度越低,水蒸气密度越低,在万米高空,水蒸气只会比空气密度小。

事实上,云的密度并没有这么小,也就是说那500吨重的云一般都没有1km^3这么大体积。因为饱和水蒸气在100℃时的密度约为0.6kg/m^3,而0摄氏度只有0.0048kg/m^3,因此水蒸气在高空0℃以下时,虽然比前面说的密度大了些,但比空气密度还是小了百倍以上,因此无论如何,水蒸气都会浮在空气之上。

云是水汽凝结成的小水滴组成。地面水分遇热被蒸发的水汽,上升到高空遇到冷空气,就凝结成小水滴。云就是由这些细小的水滴组成的。当然这些小水滴很小很小,水汽的颗粒只有0.0004um,小水滴也只是um级,就像我们遇到大雾天,在雾中看到的水滴那么大,甚至还要小。

云有高中低三种,一般来说低云发生在海拔2000m高空左右,有小水滴组成;中云发生在海拔2000~6000m之间,由过度冷却的水滴组成;高云发生在6000米以上,由小冰晶组成。

刚形成的云是白色的,由最小的水滴组成,随着空气对流碰撞,水珠渐渐变大了,就变成乌云了,因此很厚的乌云当空,就快要下雨了。

云只会在对流层形成。对流层是地球大气最低一个层次的称呼,平均海拔高度约11km,在地球赤道上空高度可达17km,而在地球两极只有8~9km。这是由于地球自转离心力导致的。由于地球引力作用和温度变化,对流层集中了75%以上的大气质量和90%的水汽。

随着距离海拔高度升高,由于空气越来越稀薄,气温会越来越低,据监测,每升高1000米,平均气温约下降6.49℃。因此,水蒸气在上升中就会不断被冷凝成小水滴变成云层停留下来,这样,90%以上的水蒸气就在对流层被截留了。少量的水蒸气上升到更高空中,已经形不成云彩,因此风雨雷电、冰雹雪花就都是发生在对流层。

由于在大气中充满了细小的尘埃,这尘埃成为水蒸气凝结的核心,如果没有尘埃,水蒸气就不会或很难凝结。所以不要嫌弃尘埃,没有尘埃很可能就没有生命和人类呢。在高空中,水蒸气受冷凝结在尘埃上成为小水滴,这些小水滴就形成了云朵漂浮在空中。

风雨雷电、冰雹雪花的由来。太阳照射到地面上,形成暖空气上升,在暖空气的烘托下,云中的小水滴们往上升,遇到冷空气又下降,这样上下翻飞相互碰撞,水滴凝结得越来越大,最终空气托举不住水滴重量,就掉落下来,这就是下雨了。

在强烈对流天气,冷暖空气对流得很厉害,就会刮大风,而在云层中,热空气就会将小水滴不断冲向更高寒的高空,被冻成了冰珠子,上下反复层层凝结,冰粒子不断加厚加大,最终就变成冰雹砸落下来。因此冰雹都是在极端对流天气发生,而且把冰雹剖开来,会看到一层层洋葱式结构。

在激烈的对流天气,水滴上下翻飞摩擦生电,这些电荷积聚在云中,形成不同的云层之间,或地面与云层之间正负不同的电荷,这些电荷只有相互释放才能够形成平衡,于是发生了剧烈的放电现象,放电发出光和热,炙烤空气发生膨胀炸裂,这就是电闪雷鸣的由来。

冬天阳光不强烈,地面气温低,这种强烈对流天气很少,云层比较温和,因此就极少产生电荷,就很少打雷;而由于气温寒冷,前面描述云中上下水滴凝聚的下雨过程,就变成了冰晶凝结过程,落下的就是冰粒子或雪花了。

这就是包含巨大质量的云朵能够在天上漂浮的原因,也是各种气候发生的一般常识。

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