Сколько весит облако?

Вопрос сложный, так как одинаковых облаков не существует. Они отличаются друг от друга формой, размерами, временем жизни, высотой, на которой находятся и на которую простираются, температурой воздуха, скоростью восходящих движений внутри облака.

Чем теплее облако, тем больше обычно его водность — масса жидких капель и кристаллов льда (или того и другого) в 1 м³ воздуха.

Чем больше скорость восходящих движений внутри облака, тем больше влаги в нем может быть.

Попробуем подсчитать, сколько примерно воды содержится в том или ином облаке.

Фото: Doug Ogden/EAST NEWS Линзовидные — довольно редкое природное явление. Такие облака образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является их неподвижное положение, несмотря на ветер

Начнем с тонких слоистообразных облаков нижнего яруса, которыми часто бывает затянуто небо осенью и зимой. По сути, это настоящие облачные поля площадью до 5–10 млн км², что примерно сравнимо с общей площадью Австралии и Океании и в два–три раза больше территории Индии. Толщина таких облаков обычно составляет несколько сотен метров, водность — 0,2–0,3 г/м3. И содержать в себе такой гигант может около 500–800 млн тонн воды.

Перистые облака уступают в размере. Расположенные на высоте около 7–10 км, они могут закрывать площадь до 1–4 млн км². Для сравнения: площадь Египта составляет около 1 млн км². Толщина таких облаков — около 1–2 км, водность (скорее, ледность, поскольку они состоят по большей части из кристаллов льда) низкая — около 0,01–0,03 г/м3, за счет чего перистые облака намного легче — около 30–50 млн тонн.

Впрочем, не все слоистые и перистые облака достигают столь внушительных размеров, да и не всегда легко понять, одно это облако или несколько. С земли этих границ вовсе не видно, ученые определяют их по спутниковым снимкам.

С кучевыми и кучево-дождевыми облаками проще: их края видны невооруженным глазом. Такие облака имеют небольшую протяженность, но они довольно высокие.

В теплый солнечный день мы видим легкие кучевые облака. Они имеют диаметр около 1–2 км и вырастают вверх примерно на столько же. Водность варьируется от 0,5 до 2,5 г/м3. Ученые обнаружили простую зависимость: чтобы определить водозапас кучевого облака, толщина которого не превышает 4 км, надо возвести толщину в квадрат и разделить на три.

Например, для облака толщиной 2 км водозапас составляет 1,2 кг/м2, а для облака толщиной и диаметром 1 км — 0,3 кг/м2. Кстати, 1 кг воды на 1 м2 — это те самые миллиметры, в которых измеряют осадки. То есть, если осадить всю влагу из облака толщиной 1 км, образуется слой воды толщиной всего в 0,3 мм.

Для получения массы надо умножить водозапас на площадь. Например, для облака диаметром и толщиной 2 км масса облака составит около 4000 тонн. Облако диаметром и толщиной в 1 км весит около 250 тонн.

Фото: Stone36/Shutterstock/FOTODOM Для облака толщиной в 10 км и максимальной водностью в 4,5 г/м3 водозапас составит около 11 кг/м2 (то есть, если осадить все облако, под ним образуется слой воды чуть более 1 см). Вес считается также, умножением водозапаса на площадь

С мощными кучево-дождевыми облаками ситуация сложнее, потому что водность в них сильнее меняется по высоте, хотя примерно варьируется от 1,5 до 4,5 г/м3. Такие облака могут простираться в высоту на 10 км (в тропиках и на 20 км), достигая 10–30 км в диаметре.

Но опять же ученые в свое время вывели закономерность: если разделить максимальное значение водности в вертикальном профиле (в г/м3) на четыре и умножить на толщину облачного слоя (в км), можно получить приближенные оценки водозапаса (кг/м2).

Так, для облака толщиной в 10 км и максимальной водностью в 4,5 г/м3 водозапас составит около 11 кг/м2 (то есть, если осадить все облако, под ним образуется слой воды чуть более 1 см). Вес считается также, умножением водозапаса на площадь. Получается, что кучево-дождевое облако такой мощности и диаметром в 20 км будет весить около 3,5 млн тонн. Правда, современные спутниковые данные показывают, что эти оценки являются приблизительными.

Таким образом, кучевые облака, как правило, намного легче перистых и слоистых. 

Консультант: Александр Чернокульский, к. ф.-м. н., старший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Топ-10 необычных атмосферных явлений

Что такое гроза и чем она опасна

Почему идет дождь, и какие места — самые дождливые на Земле