科学重达50吨的云为什么不会掉下来？
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
小的时候大家都看过四大名著之一《西游记》吧 ， 对于孙悟空能够驾驶“七彩祥云”“腾云驾雾”自由穿梭很是羡慕 ， 那你知道孙悟空的云是如何形成的吗？
云的形成
我们生活在大自然界中 ， 在自然界中像海洋 ， 植物表面 ， 湖泊 ， 土地的水分 ， 以及人体都在无时无刻蒸发着 ， 水就会从液态水变成水汽 。
根据阿伏伽德罗定律 ， 在同温同压下 ， 相同体积内的空气中拥有的分子数相同 。 我们知道 ， 空气中的主要成分是氮气和氧气 ， 而水分子是由两个最轻的氢原子和1个氧原子组成 ， 所以水分子相对于空气而言更轻 。
如果区域内空气中含有的水分子较多 ， 那么该区域的空气就较轻 ， 所以该区域的空气就会上升 。 为了方便理解 ， 我们可以把该区域的空气想象成是充满了水分子的气球 。
然而在“气球”上升的过程中 ， 外界的气压以及温度都在发生变化 ， 导致上方空气的密度不如下方空气 ， 此时“气球”就会发生膨胀 ， 但在膨胀的过程中自身也会消耗一定的热量 ， 导致温度降低 。
当温度降低到足够低的程度时 ， 水分子就会和空气中的微尘为伴 ， 析出水分并凝结为小水滴 。 如果空气中的温度足够低 ， 就会凝结成小冰晶 。
当空气中的小水滴或小冰晶达到一定数量时 ， 受到上升气流的支托漂浮在空中 ， 就会形成我们肉眼所见的云 。
云为什么不会掉下来？
在大家印象中 ， 肉眼可见的云像棉花糖一样软绵绵、轻飘飘 ， 但真实的云 ， 尤其是云团是有重量的 ， 而且重量超乎大家的想象 ， 根据科罗拉多博尔国家大气研究数据表明 ， 积雨云的重量平均重110万磅 ， 相当于100头大象的重量 。
既然云那么重 ， 那它究竟是怎么漂浮起来的呢？答案其实和组成云的小水滴有关 。
我们知道的云是由上亿万个小水滴或者小冰晶组成 ， 这些小水滴以及小冰晶的直径大概约2微米宽 ， 比人类的头发还小 。
这些小冰晶会受到地球的引力向下坠落 ， 但由于自己的体积、质量实在是太小了 ， 以至于降落的速度非常慢 。
然而小冰晶在降落的过程中 ， 会受到空气阻力的摩擦而重新蒸发形成水汽 ， 这些水汽又会凝结在微尘周围 ， 重新形成小水滴或者小冰晶 。
也就是说 ， 云并不是一成不变的 ， 而是组成云的小水滴一直在进行蒸发、凝结 ， 形成了动态平衡的云 ， 所以云层才没有掉落下来 。
虽然小水珠在坠落的过程中也会受到空气摩擦而蒸发一部分水汽 ， 但直径超过0.15毫米的雨滴下落1000米才会完全蒸发 ， 而直径10微米的雨滴每下落2厘米就会完全蒸发 。
也就是说 ， 如果小水珠的直径足够大 ， 并且云层足够低 ， 那么还没等小水珠完全蒸发就会落在地面上 ， 此时就会形成“雨”或者“雪” 。
1802年卢克·霍华德经过多年的研究观测 ， 在科学研讨会上发表了关于云的演讲 ， 此次演讲改变了人们对于云的认识 。
霍华德发现 ， 虽然云变幻莫测 ， 但主要有3种形态：积云、层云和卷云 。
总结
【科学重达50吨的云为什么不会掉下来？】云的形成和水分子的蒸发有关 ， 由于水分子相对于空气而言更轻 ， 所以当空气中的水分子含量较高时 ， 携带水分子的空气就会上升 ， 直到因温度和压强变低而导致水分析出 。
【科学重达50吨的云为什么不会掉下来？】如果空气中的小水珠直径不大 ， 那么就会形成云 ， 如果直径超过0.15毫米 ， 大概率会形成雨 。
推荐阅读
- 环球网王毅：病毒源头问题上，中方与美国一些政客之间的分歧，是真相与谎言的距离，是科学与偏见的对比
- 严查！“百吨王”落网！总重达102.7吨！
- 《公众科学戴口罩指引》修订 这些情况下无需戴口罩
- 世界范围内的科学家和政界人士一致确信新冠病毒来自自然界
- 科学世界范围内的科学家和政界人士一致确信新冠病毒来自自然界
- 引力波科学家借助新引力波模型，有望进一步了解神秘的中子星
- 美国F22无人可击落，国宝科学家给出解答，敢靠近就让它变成废铁
- 北京城中的“败家石”，重达20吨却被用来当屏风，就在颐和园中
- 科学俗语“上山不捡肉，下水不捡鱼”，这其中蕴含着怎样的科学道理？
- 柳叶刀《柳叶刀》杂志发表中国科学家新冠疫苗I期临床试验结果：安全 能诱导免疫反应