Moln kan se ut som stora, fluffiga marshmallows på himlen, men i verkligheten är de synliga små samlingar vattendroppar (eller iskristaller, om det är tillräckligt kallt) som lever högt i atmosfären ovanför jordens yta. Här diskuterar vi molnens vetenskap: hur de bildar, rör sig och ändrar färg.
Bildning
Moln bildas när ett paket luft stiger upp från ytan upp i atmosfären. När paketet går upp passerar det genom lägre och lägre trycknivåer (trycket minskar med höjden). Kom ihåg att luft tenderar att röra sig från områden med högre till lägre tryck, så när paketet rör sig till områden med lägre tryck, trycker luften inuti den utåt och får den att expandera. Denna expansion använder värmeenergi och kyler därför luftpaketet. Ju längre uppåt den reser, desto mer svalnar den. När temperaturen kyls till temperaturen för daggpunkten, vattenångan inuti paketet kondenserar i droppar flytande vatten. Dessa droppar samlas sedan på ytorna av damm, pollen, rök, smuts och havssaltpartiklar som kallas
kärnor. (Dessa kärnor är hygroskopiska, vilket betyder att de lockar vattenmolekyler.) Det är vid denna tidpunkt - när vattenånga kondenserar och sätter sig ned på kondensationskärnor - som moln bildas och blir synliga.Form
Har du någonsin sett ett moln tillräckligt länge för att se att det expanderar utåt, eller tittade bort ett ögonblick bara för att upptäcka att när du tittar tillbaka har formen förändrats? I så fall är du glad att veta att det inte är din fantasi. Molnens former förändras ständigt tack vare processerna för kondens och förångning.
Efter det att ett moln bildats slutar kondensation inte. Det är därför vi ibland märker att moln expanderar till den angränsande himlen. Men när strömmar av varm, fuktig luft fortsätter att stiga och matar kondens, infiltrerar torrare luft från omgivningen så småningom den flytande luftkolonnen i en process som kallas medbringning. När denna torrare luft införs i molnkroppen avdunstar den molnens droppar och får delar av molnet att spridas.
Rörelse
Moln börjar högt upp i atmosfären eftersom det är där de skapas, men de förblir hängande tack vare de små partiklarna de innehåller.
Ett molns vattendroppar eller iskristaller är mycket små, mindre än en mikron (det är mindre än en miljondel av en meter). På grund av detta svarar de mycket långsamt på allvar. För att visualisera detta koncept, tänk på en sten och en fjäder. Graviteten påverkar var och en, men berget faller snabbt medan fjädern gradvis drar till marken på grund av sin lättare vikt. Jämför nu en fjäder och en enskild molndråpspartikel; partiklarna kommer att ta ännu längre tid än fjädern att falla, och på grund av partikelns lilla storlek kommer den minsta rörelsen av luft att hålla den uppe. Eftersom detta gäller för varje molndropp, gäller det hela själva molnet.
Molnen reser med den övre nivån vindar. De rör sig i samma hastighet och i samma riktning som den rådande vinden på molnens nivå (låg, mitten eller hög).
Moln på hög nivå är bland de snabbast rörande eftersom de bildas nära toppen av troposfären och skjuts av jetströmmen.
Färg
Ett molns färg bestäms av ljuset som det får från solen. (Kom ihåg att solen avger vitt ljus; att vitt ljus består av alla färger i det synliga spektrumet: röd, orange, gul, grön, blå, indigo, violet; och att varje färg i det synliga spektrumet representerar en elektromagnetisk våg med olika längd.)
Processen fungerar så här: När solens ljusvågor passerar genom atmosfären och moln, de möter de enskilda vattendropparna som utgör ett moln. Eftersom vattendropparna har en liknande storlek som våglängden för solljus, sprider dropparna solens ljus i en typ av spridning känd som Mie spridning i vilken Allt ljusets våglängder är spridda. Eftersom alla våglängder är spridda, och tillsammans alla färger i spektrumet utgör vitt ljus, ser vi vita moln.
När det gäller tjockare moln, som stratus, passerar solljus igenom men är blockerat. Detta ger molnet ett gråaktigt utseende.