Debesys: kas tai, kaip susidaro, tipai ir vandens ciklas

Debesys: kaip susidaro, kokie jų tipai ir vandens ciklas — aiškiai, vaizdingai ir suprantamai apie atmosferos drėgmę, kritulius ir debesų vaidmenį mūsų ore.

Debesys – tai atmosferoje (danguje) esantys vandens garai, susikondensavę į labai mažus vandens lašelius arba ledo kristalus, kurie virš žemės paviršiaus susidaro matomomis formomis arba dariniais. Debesys gali būti ploni ir drumzliniški arba tankūs ir stori; jie dažnai siejami su skirtingu oru – nuo ramių, saulėtų dienų iki audrų ir liūčių.

Žemėje esantis vanduo garuoja (virsta nematomomis dujomis) ir kyla į dangų. Aukščiau, kur oras šaltesnis, vanduo kondensuojasi: iš dujų jis virsta vandens lašais arba ledo kristalais. Šiuos vandens lašelius matome kaip debesis. Šie lašai krinta atgal į žemę kaip lietus, o tada vanduo vėl išgaruoja. Tai vadinama vandens ciklu. Kondensacijos metu reikšmingą vaidmenį atlieka kondensacijos branduolėmis vadinamos mikroskopinės dalelės (dulkės, druska, dūmai), prie kurių vanduo "prilimpa" ir pradeda formuotis lašeliais.

Kaip susidaro debesys

Atmosferoje visada yra šiek tiek vandens garų. Debesys susidaro, kai atmosfera nebegali sulaikyti visų nematomų oro garų. Daugiau vandens garų kondensuojasi į labai mažus vandens lašelius, kai oro temperatūra pasiekia rasos tašką arba kai pakinta oro judėjimas. Svarbūs veiksniai:

• Temperatūros nuosmukis: šiltas oras atvėsta – jo santykinis drėgnumas didėja ir gali pasiekti 100 %, tuomet vanduo kondensuojasi.
• Rasos taškas: tai ta temperatūra, kurioje oras tampa prisotintas vandens garų ir prasideda kondensacija.
• Kondensacijos branduoliai: smulkios dalelės ore (dulkės, dūmai, jūros druska) padeda vandens garams susitelkti ir formuoti lašelius arba ledo kristalus.

Šiltame ore yra daugiau vandens garų nei vėsiame. Taigi, jei šiltas oras, kuriame yra daug vandens, atvėsta, gali susidaryti debesys. Štai kaip oras gali atvėsti tiek, kad susidarytų debesys:

• kai orą prie žemės įkaitina saulė ir jis pakyla į šaltesnę vietą. Šis procesas vadinamas konvekcija ir dažnai sukuria pūstus kumulinius debesis;
• palei orų frontus šiltesnis oras atvėsta, nes susiduria su šaltesniu oru; tokie procesai dažnai lemia plačius sluoksnius debesų ir sausesnių ar lietingų saliutų;
• kai oras kyla į kalno šlaitą, kylant aukštyn jis atvėsta (tai vadinama orografiniu kėlimu); dėl to virš kalnų dažnai susidaro debesys;
• kai šiltas oras patenka virš ko nors šaltesnio, pvz., vėsaus vandens ežere arba žemės, kuri naktį atvėsta, jis atvėsta. Taip pat oras gali atvėsti dėl radiacinio aušinimo naktį, kai žemė praranda šilumą.
• konvergencija – kai skirtingi oro masės srautai susitinka ir verčia orą kilti.

Debesų tipai ir aukščiai

Debesys klasifikuojami pagal aukštį ir išvaizdą. Pagrindinės grupės:

• Aukšti debesys (6–13 km): cirrus (ploni, plunksniški), cirrostratus, cirrocumulus. Dažniausiai sudaryti iš ledo kristalų.
• Vidutinio aukščio debesys (2–7 km): altostratus, altocumulus. Gali susidaryti tiek iš lašelių, tiek iš ledo kristalų priklausomai nuo temperatūros.
• Žemi debesys (nuo žemės iki ~2 km): stratus (vienodas sluoksnis, gali sukelti rūką), stratocumulus, cumulus (pūsti "varškės" debesis, paprastai reiškia gerą orą).
• Vertikalūs, didelio aukščio debesys: cumulonimbus – galingi audrų debesys, galintys siekti nuo priežemio iki aukštų atmosferos sluoksnių; sukelia liūtis, žaibus, krušą ir stiprius vėjus.
• Nimbostratus: storas, plačiai išplitęs debesis, dažnai duodantis ilgalaikį, tolygų lietų ar sniegą.

Debesų lašelių savybės, masė ir krituliai

Debesys nėra sunkūs vien tik pagal išvaizdą: debesyje esančio vandens masė gali siekti kelis milijonus tonų. Tačiau šie lašeliai yra labai smulkūs – kiekviename kubiniame metre (m3) debesies yra tik apie 5 g vandens. Debesų lašeliai paprastai būna kelių–keliasdešimt mikrometrų skersmens. Dėl mažo dydžio jie ilgai išlieka ore ir nepakyla tiesiogiai žemyn.

Debesų lašeliai taip pat yra maždaug 1000 kartų sunkesni už išgaravusį vandenį, todėl jie yra daug sunkesni už orą. Jie nekrenta, o lieka ore, nes aplink sunkesnius vandens lašelius yra šiltas oras. Kai vanduo iš dujų virsta lašeliais, susidaro šiluma (latentinė šiluma), kuri šiek tiek stabilizuoja oro masę. Mažų lašelių paviršiuje šiluma ir pūstis laiko juos ore.

Kaip susidaro krituliai? Yra dvi pagrindinės mechanikos:

• Susijungimas (collision–coalescence): lašai susiduria ir susilieja į didesnius lašus, kurie tampa pakankamai sunkūs ir krenta kaip lietus.
• Bergerono procesas: ledo kristalai augina drėgmę iš aplinkinių supersotintų lašelių, kristalams augant jie krenta kaip sniegas ar kiti lediniai krituliai.

Debesys ir vandens ciklas

Debesys yra esminė vandens ciklo dalis: vanduo garuoja nuo paviršių (jūrų, ežerų, dirvos, augalų), kyla į atmosferą, kondensuojasi į debesis ir grįžta į paviršių kaip lietus, sniegas, kruša ar dulksna. Šis procesas nuolat palaiko gyvybę Žemėje, aprūpina gėlu vandeniu ir formuoja klimatą bei orus.

Debesų poveikis klimatui ir orams

Debesys veikia Žemės energijos balansą keliais būdais:

• Atspindėdami saulės spindulius (didindami albedą), jie gali atvėsinti paviršių;
• Sugerdami ir atspindėdami ilgųjų bangų (šilumos) spinduliavimą, jie gali veikti kaip šiltnamio efektas ir šildyti apatinę atmosferą bei paviršių;
• Skirtingi debesų tipai skirtingai veikia klimato sistemą: žemi, tankūs debesys dažnai atšaldo, o aukšti ploni cirrus - sušildo.

Spalvos, vaizdai ir optiniai reiškiniai

Kartais saulėtekio ar saulėlydžio metu debesys atrodo ryškiaspalviai – tai dėl saulės šviesos skaidymosi ir sklaidos ore esančių dalelių bei lašelių. Taip pat debesis gali rodyti:

• Iridescenciją (spalvotą blizgesį): difrakcija per vienodo dydžio lašelius sukuria pastelinius atspalvius;
• Koronas: ryškus apskritimas aplink saulę arba mėnulį, susidaręs dėl šviesos difrakcijos per smulkius lašelius ar ledo kristalus;
• Raudoną arba oranžinį atspalvį: saulėtekio ir saulėlydžio metu šviesa keliauja pro storesnį atmosferos sluoksnį, trumpesnės bangos (mėlyna) išsisklaido, o ilgosios (raudona) lieka.

Kaip stebima ir tiriama debesų veikla

Debesų savybės ir judėjimas tirti naudojant palydovus, radarus, orlaivius, oro balionus (radiosondus) ir žemės stebėjimo stotis. Palydovai leidžia stebėti debesų formas, dangos ploto pokyčius ir kritulių pasiskirstymą dideliu mastu, o radarai – nustatyti lietaus intensyvumą ir audrų struktūras.

Apibendrinant: debesys yra dinamiškos atmosferos dalys, kurios formuoja orus, dalyvauja vandens cikle ir daro didelę įtaką klimatui bei kasdieniam gyvenimui. Supratimas, kaip ir kodėl jie susidaro, padeda geriau numatyti orus ir suprasti klimato procesus.

Debesų klasifikacija

Debesys klasifikuojami pagal tai, kaip jie atrodo ir kaip aukštai danguje yra debesies pagrindas. Ši sistema buvo pasiūlyta 1803 m. Debesys būna įvairių rūšių, nes oras, kuriame jie susidaro, gali būti nejudrus arba judėti į priekį ar aukštyn ir žemyn skirtingu greičiu. Labai stori debesys su pakankamai dideliais vandens lašeliais gali sukelti lietų arba sniegą, o didžiausi debesys - griaustinį ir žaibus.

Pagal išvaizdą skiriamos penkios pagrindinės debesų šeimos:

• Cirro debesys yra aukšti ir ploni. Aukštai esantis oras yra labai šaltas, todėl šie debesys sudaryti ne iš vandens lašelių, o iš ledo kristalų. Cirro debesys kartais vadinami kumelių uodegomis, nes atrodo kaip arklių uodegos.

• Stratiniai debesys yra tarsi plokšti lapai. Jie gali būti žemo lygio (stratus), vidutinio lygio (altostratus), aukšto lygio (cirrostratus) arba stori kelių lygių debesys, iš kurių lyja arba sninga (nimbostratus).

• Stratokumuliaciniai debesys yra ritinių arba bangų pavidalo. Tai gali būti žemo (stratokumulus), vidutinio (altokumulus) arba aukšto (cirrokumulus) lygio debesys.

• Pirmą kartą susiformavę kumuliaciniai debesys yra pūkuoti ir maži. Jie gali išaugti į krūvos debesis, kurie yra vidutinio dydžio vertikaliai (prie jų pavadinimo nieko nepridėta), arba tapti vertikaliai stūksančiais debesimis (towering cumulus).

• Cumulonimbus debesys - tai labai dideli cumulus tipo debesys, kurių viršūnės paprastai būna cirro formos, o kartais turi ir kitų savybių, suteikiančių jiems unikalią išvaizdą.

Toliau pateikiama pagrindinių debesų tipų santrauka, suskirstyta pagal tai, kokio aukščio debesys susidaro:

Aukšto lygio debesys

Aukšti debesys susidaro nuo 10 000 iki 25 000 pėdų (3 000-8 000 m) šaltose vietose, nuo 16 500 iki 40 000 pėdų (5 000-12 000 m) švelniuose regionuose ir nuo 20 000 iki 60 000 pėdų (6 000-18 000 m) labai karštuose tropikuose. Jie yra per aukšti ir per ploni, kad juose susidarytų lietus ar sniegas.

Aukšto lygio debesys:

• Cirrus (Ci)
• Cirrocumulus (Cc)
• Cirrostratus (Cs)

Vidutinio lygio debesys

Viduriniai debesys paprastai susidaro 6500 pėdų aukštyje (2000 m) šaltesnėse vietovėse. Tačiau tropikuose, kur visus metus labai šilta, jie gali susiformuoti net iki 25 000 pėdų (8 000 m) aukštyje. Vidutiniai debesys paprastai sudaryti iš vandens lašelių, tačiau gali būti ir ledo kristalų. Iš jų kartais iškrinta lietus arba sniegas, kuris paprastai išgaruoja dar nepasiekęs žemės.

Vidutinio lygio debesys:

• Altocumulus (Ac)
• Altostratus (As)

Žemo lygio debesys

Žemo lygio debesys paprastai matomi nuo žemės paviršiaus iki 6500 pėdų (2000 m) aukščio. Žemuose debesyse paprastai būna vandens lašelių, iš jų kartais gali lyti labai lengvas lietus, dulksna arba snigti.

Žemo lygio debesys:

• Stratokumulas (Sc)
• Stratus (St)

Kai labai žemas sluoksninis debesis paliečia žemę, jis vadinamas rūku.

Vidutinio dydžio vertikalūs debesys

Tai vidutinio storio debesys, kurie gali susiformuoti nuo žemės paviršiaus iki 10 000 pėdų (3000 m) aukščio. Vidutinio aukščio kumulusų pavadinime nėra pridėta alto. Šių debesų viršūnės paprastai būna neaukštesnės nei 6 000 m (20 000 pėdų). Vertikalieji debesys dažnai sukuria lietų ir sniegą. Jie daugiausia sudaryti iš vandens lašelių, tačiau, stumdamiesi aukštyn per šaltus aukštesnius lygius, gali turėti ir ledo kristalų.

Vidutinio dydžio vertikalūs debesys:

• Cumulus (Cu)
• Nimbostratus (Ns)

Aukšti vertikalūs debesys

Šie debesys yra labai aukšti, o jų viršūnės paprastai būna aukštesnės nei 6 000 m (20 000 pėdų). Jie gali sukelti smarkias liūtis ir sniego liūtis. Didžiausi iš visų debesų - kumulonimbai - taip pat gali sukelti perkūnijas. Šie debesys daugiausia sudaryti iš vandens lašelių, tačiau labai didelių kumulonimbų debesų viršūnės dažnai būna sudarytos daugiausia iš ledo kristalų.

Aukšti vertikalūs debesys:

• Aukšti kumulusai (Tcu)
• Cumulonimbas (Cb)

Dangus su cirro debesimis (kairėje), pereinančiais į cirrostratus (centre dešinėje) ir šiek tiek cirrocumulus (viršuje dešinėje).


Vidutinio aukščio vertikalių debesų kraštovaizdis virš Swifts Creek, Viktorija, Australija

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra debesis?

K: Kaip susidaro debesys?

K: Kokio svorio yra debesys?

Klausimas: Kodėl kai kurie debesys saulėlydžio ar saulėlydžio metu būna ryškių spalvų?

K: Kas nutinka po to, kai lietus nukrenta atgal į žemę?

K: Kas laiko debesis pakibusius ore?

Paieška pagal raidę