ในอุตุนิยมวิทยา ปริมาณน้ำฝนคือน้ำที่ตกลงสู่พื้นผิวโลกจากชั้นบรรยากาศในรูปของเหลวหรือของแข็งภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ดังนั้นปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ฝน หิมะ ลูกเห็บ จึงเป็นฝน พิจารณาคำถามว่าฝน หิมะ ลูกเห็บ น้ำค้างและน้ำค้างแข็งเป็นอย่างไร
เมฆและเมฆคืออะไร
ก่อนจะพูดถึงการเกิดฝนและการตกตะกอนประเภทอื่นๆ มาดูวัตถุธรรมชาติ เช่น เมฆและเมฆจากมุมมองของฟิสิกส์ เพราะมันมีบทบาทสำคัญในกระบวนการตกตะกอน
เมฆและเมฆคือกลุ่มของหยดน้ำเล็กๆ หรือผลึกน้ำที่ลอยอยู่ในบรรยากาศ เมฆก้อนหนึ่งประกอบด้วยผลึกหรือหยดน้ำเล็กๆ หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับความสูงเหนือพื้นผิวโลกของเมฆก้อนนี้และอุณหภูมิ เมฆก่อตัวขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่ามวลที่อบอุ่นและชื้นใกล้กับผิวน้ำในทะเลและมหาสมุทรจะลอยขึ้น เย็นลงและควบแน่นเป็นหยดเล็กๆ หยดเหล่านี้มีขนาดเล็กมากที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า การรวมกันของพวกมันก่อให้เกิดเมฆและเมฆ หากสิ่งเหล่านี้ลดลง ด้วยเหตุผลใดก็ตาม เริ่มมีขนาดเพิ่มขึ้น พวกมันก็จะตกลงสู่พื้น
ฝนก่อตัว
เพื่อให้เข้าใจว่าฝนก่อตัวอย่างไร คุณควรใส่ใจกับขนาดของหยดน้ำที่ลอยอยู่ในบรรยากาศที่ประกอบกันเป็นเมฆ เมื่อหยดเหล่านี้เริ่มชนกันและเชื่อมต่อกัน เมื่อถึงระดับวิกฤต แรงโน้มถ่วงจะบังคับให้ตกลงสู่พื้น ในเวลาเดียวกัน พวกมันก็มีความเร็ว 4 ถึง 8 m/s
น้ำฝนมีขนาดประมาณ 1 มม. (จาก 0.7 มม. ถึง 5 มม.) เพื่อให้ถึงขนาดนี้ ละอองเมฆต้องเพิ่มมวลเป็นล้านครั้ง ในเรื่องนี้ ความหนาของเมฆต้องมากกว่าขนาดที่กำหนด เมฆบางส่วนอาจมีความหนาถึง 12 กม. ในขณะที่สามารถนำไปสู่ฝนที่ตกลงมาอย่างแรงและเป็นเวลานาน และในบางกรณีอาจเกิดลูกเห็บได้
เมฆและเมฆที่มีความหนามากทำให้ละอองลอยเพิ่มขึ้นตามความหนา ในขณะที่เชื่อมต่อกับละอองอื่นๆ อันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ทำให้เกิดหยดขนาดใหญ่ซึ่งตกลงมาในรูปของฝน กลไกอีกประการหนึ่งที่อธิบายว่าฝนก่อตัวอย่างไรมีดังนี้: การเพิ่มความหนาของเมฆ หยดเล็กๆ ให้เย็นตัวลงและตกผลึก ผลึกเหล่านี้ตกลงสู่พื้น เมื่อตกลงมา จะร้อนขึ้นและกลายเป็นน้ำ
ปรากฏการณ์เวอร์ก้า
Virga คือฝนที่ตกสู่ชั้นบรรยากาศแต่ไปไม่ถึงพื้นผิวโลก ปรากฏการณ์ทางธรรมชาตินี้สามารถอธิบายได้ถ้าเราพิจารณาประเด็นจากมุมมองของฟิสิกส์ ฝนแบบนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? ความจริงก็คือระหว่างเมฆก้อนใหญ่ที่สามารถทำให้เกิดฝนกับพื้นผิวโลก อาจมีชั้นของมวลอากาศที่จะร้อนและแห้งมาก ในกรณีนี้ หยดน้ำที่ตกลงมาจากความหนาของเมฆ เมื่อเข้าสู่มวลอากาศที่ร้อนและแห้งก็จะระเหยอีกครั้งและไม่มีวันไปถึงพื้นผิวโลก
การก่อตัวของหิมะ
มาวิเคราะห์กันต่อว่าฝน น้ำค้าง และหิมะก่อตัวอย่างไร ตอนนี้มาเน้นที่ขั้นตอนการก่อตัวของฝนแข็ง - หิมะ
หิมะเป็นของแข็งของน้ำที่ตกลงสู่พื้นผิวโลกในรูปของเกล็ดหิมะ เกล็ดหิมะเกิดขึ้นเมื่อหยดน้ำขนาดเล็กในเมฆเย็นตัวลงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสและตกผลึก เพื่อให้หิมะก่อตัว อุณหภูมิไม่ต่ำพอ ยังคงมีความชื้นในบรรยากาศอยู่บ้าง มีสถานที่บนโลกที่ค่อนข้างเย็น แต่เนื่องจากอากาศแห้ง หิมะจึงแทบไม่มีเลย
ลูกเห็บตกหนัก
สำรวจคำถามที่ว่าน้ำค้าง น้ำค้างแข็ง ฝน และหิมะก่อตัวอย่างไร ไม่อาจเอ่ยถึงลูกเห็บได้ ลูกเห็บก่อตัวเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า -15 °C ต่างจากหิมะซึ่งเพียงพอที่จะสร้างอุณหภูมิต่ำได้ เนื่องจากอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศลดลงตามระดับความสูง ลูกเห็บก่อตัวที่ด้านบนของเมฆหนา ซึ่งอุณหภูมิจะลดลงถึง -50°C เมฆก้อนนั้นเรียกว่า คิวมูโลนิมบัส ในส่วนล่างของน้ำจะอยู่ในรูปของหยดของเหลวขนาดเล็กและในส่วนบน - ในรูปของผลึกน้ำแข็ง ผลึกเหล่านี้จะค่อยๆ เติบโตเนื่องจากหยดน้ำที่ลอยขึ้นมาจากก้นเมฆอันเนื่องมาจากกระแสอากาศที่พุ่งสูงขึ้น เมื่อคริสตัลถึงขนาดวิกฤต มันจะตกลงสู่พื้น สังเกตว่าผลึกน้ำแข็งไม่ทั้งหมดจะถึงพื้น เนื่องจากจะละลายเมื่อตกลงมา
น้ำค้างและน้ำค้างแข็ง
มาจบการพิจารณาคำถามที่ว่าฝน หิมะ น้ำค้าง และน้ำค้างแข็งก่อตัวอย่างไร พร้อมคำอธิบายทางกายภาพของปรากฏการณ์สองประการสุดท้าย นั่นคือ การก่อตัวของน้ำค้างและน้ำค้างแข็ง
ปรากฏการณ์ทั้งสองนี้สัมพันธ์กับความผันผวนของอุณหภูมิรายวันในบรรยากาศ เพื่อให้เข้าใจ คุณควรรู้ว่าความสามารถในการละลายของน้ำในรูปก๊าซในบรรยากาศนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ยิ่งอุณหภูมิของอากาศสูงขึ้นเท่าใดน้ำในรูปของไอน้ำก็จะยิ่งละลายได้มากเท่านั้น ในระหว่างวัน ดวงอาทิตย์ทำให้อากาศอบอุ่นและทำให้น้ำระเหยและเพิ่มความชื้นในบรรยากาศ ในตอนกลางคืนอากาศจะเย็นลง ความสามารถในการละลายของไอน้ำในนั้นลดลง น้ำส่วนเกินจะควบแน่นเป็นหยดน้ำเล็กๆ ที่ตกลงมาในรูปของน้ำค้าง
น้ำแข็งก่อตัวในลักษณะเดียวกัน ในกรณีนี้ อุณหภูมิของอากาศจะลดลงต่ำกว่าศูนย์ ซึ่งนำไปสู่การเยือกแข็งของหยดน้ำในบรรยากาศ หรือพื้นผิวโลกเย็นพอและน้ำค้างที่ตกลงมา มันตกผลึก
