云為什麼會浮在高空處（為什麼雲能浮在空中）

2023-05-31 04:11:18 1

雲是地球上最優美的景觀。

雲來自哪裡？它來自地球表面的水。海洋、湖泊、河流、潮溼的地面、樹木的水汽蒸發，包括我們人體都會時刻蒸發出水蒸氣。水蒸發時我們是看不見的，它是水的氣態，只有當水蒸氣遇冷凝結在一起組成一個一個的分子團時，它折射和反射光，我們才能看到小水滴。

雲就是由數以億計的小水滴和小冰晶組成的，它們折射和反射光線，於是我們就看見了雲。

美麗的雲

我們都知道水比空氣重得多，雲既然是水組成的，雲層中有數以噸計的水，為什麼它能漂浮在空中呢？

前面說了，水蒸氣是水的氣體形態。液態水是由許多水分子通過相互間氫鍵的作用結合成分子團，而當水蒸發時，水分子會脫離出來，變成一個個獨立的分子，分子與分子之間保持著距離。

水的摩爾質量為18.02g / mol，而在標準溫度和壓力下，空氣的平均分子量為28.57g / mol。空氣的摩爾質量比水要大的多，為什麼會這樣？

水的摩爾質量比空氣小

我們知道，乾燥空氣中含有約78％的氮氣（N₂），21％的氧氣（O₂）和1％的其它氣體。氮的原子量為14，氮氣由兩個氮原子組成，所以氮氣的分子量為28，同樣的，氧氣的分子量為32。水分子的分子式是H₂O，它是由一個氧原子與兩個氫原子組成，水分子的分子量只有18。因此空氣的摩爾質量比水大。

水分子、氮氣分子與氧氣分子

純水蒸氣每升重約0.598克，而一升空氣重約1.27克，空氣比水蒸氣要重多了。水蒸氣比空氣更輕，因此它會上升，並且與空氣相混合。混合了水蒸氣後的空氣不僅變得潮溼，它的摩爾質量也降為28.51g / mol，所以潮溼的空氣比乾燥的空氣輕，它會繼續顯現上升狀態。

當潮溼空氣上升到距離地面很遠的高空時，空氣的溫度會越來越低，這是因為地面的熱輻射逐漸減少的緣故。於是空氣中的水分子相遇，它們的氫鍵會發生作用，水分子會凝聚在一起，形成極微小的水滴。水滴的密度比空氣大，於是它就會慢慢地往下掉。

相較於重量來說，小水滴的表面積很大，它下降的速度很慢，大約以1釐米/秒的速度往下飄。與此同時，更多的水分子加入會使小水滴向外散熱，這會在水滴周圍形成一層熱的空氣層，熱空氣層會像一個小小的熱氣球一樣託著小水滴上升。

不可見的水蒸氣形成可見的雲

水就是這麼神奇：當從液態轉化為氣態時，它會吸收熱量，所以汗液的蒸發會讓我們感覺到涼快；反過來，當水從氣態轉為液態時，它會散發熱量。

當大量潮溼的空氣在高空遇冷，就會形成數以億計的小水滴，這些小水滴在高空浮沉，同時下方不停有上升的溫暖空氣託著它們，雲層看起來就比較穩定。而當低空的溫度比較低時，潮溼空氣中的水分子也會在低空凝結起來，這就是我們通常所說的霧。雲是高空的霧，霧是低空的雲，性質一樣，叫法不同而已。

霧是低至地面的雲

根據形成機制和形態的不同，雲分許多種：有捲雲、卷層雲、捲積雲、高積雲、高層雲、積雲、層積雲、積雨雲、雨層雲和霧等等。

各種形態的雲

由暖氣流上升形成的雲被稱為「對流雲」。由於空氣不斷上升堆積，這些雲可能在頂部顛簸，有時產生非常高的厚雲，看起來像棉花或花椰菜頭。夏天的的時候，我們經常可以看到對流雲的形成，積雲基本都屬於對流雲，層雲則屬於非對流雲。

對流雲團形成

在對流雲團中，小水滴在遇冷下降的過程中不斷被下方的暖溼氣流推高，在高空冷卻後再度下降，下降的過程中吸收更多的水分子，並且與其它的水滴結合成更大的水滴，當水滴的重量大到下方暖溼氣流再也推不動時，水滴就形成降雨降落下來。

雲中的水滴傾瀉而下，形成大雨

如果下方的暖溼氣流很強，它可以將雲層中的小水滴推到更高的高度，這裡的溫度更低，水滴會凝凍成為冰晶，冰晶在反覆下降和上升的過程中與其它水滴結合逐漸形成更大的冰核，冰核的大小取決於上升空氣的強度，並最終掉落地面形成冰雹。這就是為什麼冰雹災害通常在天氣溫暖的時候多發的原因之一。

地面的水會因為溫度上升和風的作用蒸發到空中，水蒸汽比空氣更輕，因此混合了水蒸汽的潮溼空氣比乾燥空氣更輕，潮溼空氣會上升。當潮溼空氣上升到高空溫度下降時，水蒸氣會凝結成小水滴，天上的雲主要是由冷卻的小水滴組成的。

雲層中的小水滴會因為熱交換和下方暖氣流的推動不斷在空中起落很長時間，當水滴不斷變大時，它會掉落地面形成降雨。地球上水的循環主要就是依靠雲層的運輸和降水完成的。

地球水循環