Kada pogledamo kroz prozor i vidimo kapi kiše kako padaju s neba, svjedočimo posljedicama vrlo složeni fizički i atmosferski procesi koji se odvijaju kilometrima iznad tla. Iako sa tla može izgledati jednostavno, iza svake prolomne kiše, rosulje ili oluje krije se ples vodene pare, zračnih struja, promjena temperature i sitnih čestica koje lebde u atmosferi.
Shvati kako se formira kiša To nije samo zanimljivost: direktno je povezano s ciklusom vode u prirodi, poljoprivredom, poplavama, sušama, klimatskim promjenama, pa čak i kulturnim i vjerskim aspektima. U nastavku ćemo korak po korak i detaljno objasniti šta se dešava u atmosferi da bi nam voda na kraju pala na glavu kao kiša.
Kruženje vode u prirodi i porijeklo kiše
Kiša je jedan od ključnih elemenata hidrološki ciklus ili ciklus vodeTaj kontinuirani proces u kojem voda isparava, prenosi se atmosferom, kondenzuje se formirajući oblake i konačno se vraća na površinu kao tečna ili čvrsta padavina.
Sve počinje sa isparavanje vode iz mora, okeana, rijeka, jezera i vlažnog tlaSunčeva toplina osigurava energiju potrebnu molekulama vode da se odvoje od površine i uđu u atmosferu kao para, nevidljiva golim okom.
Pored isparavanja, voda može direktno prelaziti iz čvrstog u gasovito stanje putem sublimacija leda i snijegaposebno u planinskim područjima i polarnim regijama. Sva ta para se miješa sa zrakom i postaje dio zračnih masa koje cirkuliraju kroz troposferu, najniži sloj atmosfere.
Kako se vlažan zrak diže, bilo zbog zagrijavanja, susreta s planinama ili susreta s različitim zračnim masama, on se hladi. Hladan zrak je u stanju zadržati vlagu. manje vodene pare topao zrak, tako da dođe do tačke u kojoj je para "višak" i počinje se kondenzirati.
Ova promjena iz pare u tekućinu (kondenzacija) i, u hladnim uvjetima, iz pare u led, je početak proces formiranja oblaka i, na kraju, kišaBez ove faze, ne bi bilo kapi ili kristala leda iz kojih bi mogle rasti kapi kiše.
Od pare do oblaka: nukleacija i mikrokapljice
Da bi se vodena para kondenzovala, nije dovoljno da zrak bude vlažan i hladan: potrebne su joj površine za koje se može pričvrstiti. Te površine su... sitne suspendirane čestice u atmosferi, poznate kao kondenzacijska jezgra ili higroskopska jezgra.
Ova jezgra mogu biti mineralna prašina, morske soli, pepeo, dim, spore, polen ili drugi mikroskopski aerosoliMolekule vode se lijepe za njih kada zrak dostigne zasićenje, formirajući sitne kapljice veličine nekoliko mikrona (hiljaditih dijelova milimetra).
Ovaj početni proces formiranja kapljica naziva se nukleacijaOvaj proces može biti homogen (rijedak, javlja se u visoko prezasićenim okruženjima) ili, češće, heterogen, kada se para kondenzuje na već prisutne čestice. Upravo u ovoj heterogenoj nukleaciji kondenzacijske jezgre igraju svoju ključnu ulogu.
Topli oblaci, oni čija je temperatura iznad 0 °C, nastaju gotovo isključivo mikrokapljice tekuće vodeU hladnim ili miješanim oblacima, dio oblaka ostaje ispod nule stepeni, tako da koegzistiraju prehlađene kapljice (tečna voda ispod 0 °C) i sitni kristali leda.
U ovom okruženju zasićenom vodenom parom, mikrokapljice i kristali počinju rasti. akrecija i sudarTo jest, sudarajući se jednih s drugima i "konzumirajući" dostupnu paru. Vremenom, neke od ovih čestica narastu dovoljno velike da postanu prave kapi kiše ili pahulje snijega.
Kako kapi rastu i kada počinju padati
Nakon što se mikrokapljice pojave u oblaku, sljedeći ključni korak je proces spajanjeVeće kapljice padaju nešto brže unutar oblaka i dok to čine sudaraju se s manjim, spajajući se i povećavajući svoju veličinu.
U pozivima topli oblaciRast kišnih kapi prvenstveno je posljedica koalescencije. Milioni sitnih kapljica se spajaju i formiraju kišne kapi tipičnog prečnika od 1 do 5 mm. Obična kišna kap, prečnika oko 2 mm, već je stotine puta veća od prvobitnih kapljica.
U hladni ili miješani oblaci Još jedan mehanizam stupa na scenu: Wegener-Bergeron-Findeisenov proces. U ovom slučaju, ravnotežni pritisak pare iznad kristala leda je niži nego iznad pothlađenih kapljica tečnosti, tako da para teži kondenzaciji na ledu. Kristali rastu na štetu isparavanja nekih kapljica, razvijajući tipične heksagonalne strukture pahuljica.
Ovi kristali leda mogu se povećati i spojiti, formirajući pahulje snijega, male gradove ili zrna snijega (male kuglice granuliranog snijega). Ako, dok padaju, prolaze kroz toplije slojeve zraka, One se tope i pretvaraju u kapi kiše, često vrlo hladne, koje dopiru do tla u tečnom obliku.
Da bi kap počela da se taloži, mora biti dovoljno velika savladavanje otpora zraka i uzlaznih strujaOpćenito se smatra da kapljice promjera približno 0,2-0,5 mm mogu pasti, iako ih intenzivne vertikalne struje mogu duže zadržati u zraku, posebno u olujnim oblacima.
Uloga temperature između oblaka i tla
Ono što se formira unutar oblaka nije uvijek ono što stiže do tla. Među njima... baza oblaka i površina Zemlje Često postoji dugi pojas atmosfere gdje temperatura i vlažnost mijenjaju padajući hidrometeor (česticu vode ili leda).
Pahulje snijega, kristali leda, grad ili kapljice tekućine mogu izaći iz oblaka, ali tokom svog spuštanja mogu rastopiti, ponovo zamrznuti ili isparitiovisno o tome kako se temperatura i vlažnost mijenjaju s nadmorskom visinom.
Na primjer, u tipičnoj situaciji sa snježnim padavinama, oblak taloži kristale leda koji formiraju pahulje snijega. Ako postoji sloj relativno toplog zraka na srednjem nivou atmosfere, pahulje se tope i pretvaraju u snijeg. susnježica i, dalje nizvodno, kapi vrlo hladne vodeNa površini, ono što primjećujemo je kiša, iako je prvobitni hidrometeor u oblaku bio snijeg. epizode kiše Oni pokazuju kako stupac zraka mijenja padavine.
Suprotno tome, ako se blizu tla nalazi sloj vrlo hladnog zraka, kapljice tekućine koje izlaze iz oblaka mogu se prehladiti i uzrokovati ledena kiša ili stvaranje leda na objektima prilikom udara, što stvara vrlo opasnu pojavu zbog količine leda koja se brzo nakuplja na cestama, dalekovodima i vegetaciji.
Ponekad, dio ili sve padavine isparavaju prije nego što stignu do tla, kada prolaze kroz sloj suhog i relativno toplog zrakaOvaj fenomen je poznat kao virga: izdaleka se pojavljuju kao "zavjese" kiše ili snijega koje vise s oblaka, ali blijede prije nego što stignu do tla.
Vrste kiše prema njihovom atmosferskom porijeklu
Kiša se ne formira uvijek na isti način. U zavisnosti od glavnog uzroka koji prisiljava vlažan zrak da se diže, možemo govoriti o Tri glavne vrste kišekonvektivni, orografski i frontalni ili ciklonalni.
Konvektivna kiša
Konvektivna kiša nastaje kada zrak blizu površine postaje veoma vruć (na primjer, tokom sunčanog ljetnog dana) i postaje lakši od okolnog zraka. Ovaj topli, vlažni zrak se brzo diže, hladi se s visinom, a para se kondenzuje, formirajući vertikalno razvijene oblake.
U zavisnosti od intenziteta konvekcije, mogu se formirati skromni kumulusni oblaci ili ogromni kumulonimbusni oblaciOvo su tipični olujni oblaci: imaju veliko vertikalno proširenje, mogu dosegnuti tropopauzu i generirati intenzivne pljuskove, grad, munje i jake udare vjetra. U ekstremnim situacijama, Olujni oblaci Oni uzrokuju bujične kiše i ozbiljne posljedice.
Konvektivna kiša je obično visokog intenziteta i kratkog trajanjapogađajući relativno mala područja. U umjerenim regijama povezana je s tipičnim ljetnim olujama, dok se u tropskim područjima može javljati praktično tokom cijele godine.
U nekim situacijama, dešava se ono što je poznato kao topla konvekcijas kumulusnim oblacima koji rastu, ali ne formiraju pune kumulonimbusne oblake, stvarajući intenzivne padavine, ali bez električne aktivnosti. Ovo ponašanje je uobičajeno, na primjer, u određenim situacijama na Mediteranu.
Orografska kiša
Orografske padavine nastaju kada... Masa vlažnog zraka nailazi na planinski lanacNesposoban da prođe kroz njega, zrak je prisiljen da se diže uz privjetrinu padinu, hladi se, a para se kondenzuje, što uzrokuje oblačnost i padavine.
Ova vrsta kiše je obično manje intenzivno, ali upornije nego konvektivna. Područja poput Pirineja ili Sierra de Grazalema u Španiji su klasični primjeri gdje orografija pogoduje velikim akumulacijama padavina, pretvarajući neke enklave u prave "magnete" kiše.
Na zavjetrinskoj padini, naprotiv, zrak se spušta, zagrijava i suši, stvarajući foehnov efekat što drastično smanjuje oblačnost i padavine. To objašnjava zašto isti planinski lanac može imati jednu vrlo vlažnu stranu i drugu mnogo sušu stranu.
Frontalna ili ciklonska kiša
Frontalna kiša se pojavljuje kada dvije zračne mase s različitim termičkim karakteristikama Susreću se, formirajući front. U umjerenim geografskim širinama, kao što je veći dio Evrope, ova vrsta kiše je vrlo česta, posebno u jesen i zimu.
U a toplo čeloTopli, vlažni zrak napreduje preko hladnijeg zraka. Uspon je blag i opsežan, što rezultira stratificiranom oblačnošću (altostratus, nimbostratus) i kontinuiranom kišom, uglavnom slabog do umjerenog intenziteta, ali upornom.
U a hladni frontSuprotno tome, hladan zrak naglo gura topli, vlažni zrak prema gore. To pogoduje razvoju konvektivnih oblaka, intenzivnih pljuskova, oluja i naglog pada temperature kako front prolazi.
u okludirani i stacionarni frontovi Oni kombinuju karakteristike oba ili ostaju praktično stacionarni, tako da kiša može trajati satima ili čak danima, bez tako izraženih temperaturnih promjena kao kod klasičnog hladnog fronta.
Intenzitet, trajanje i druge karakteristike kiše
Kiša se može opisati pomoću nekoliko fizičkih parametara koji pomažu u razumijevanju njenog uticaj na zemljište i hidrološke sistemeNajčešće korišteni su intenzitet, trajanje, visina ili dubina, frekvencija i distribucija u vremenu i prostoru.
La intenzitet To je količina vode koja padne u jedinici vremena na datu površinu, obično izražena u milimetrima na sat (mm/h). Postoji jasna veza između intenziteta i trajanja: za isti period povratka, što je duže trajanje kiše, to je njen prosječni intenzitet obično niži.
Ovi odnosi su sažeti u tzv. Krivulje intenziteta-trajanja-frekvencije (IDF)Ovo su osnovni alati u hidrologiji i projektovanju infrastrukture (kanalizacija, brane, drenažni sistemi), jer nam omogućavaju da procijenimo koji se intenzitet padavina može očekivati za određeno trajanje i vjerovatnoću.
La visina ili dubina kiše To je sloj vode koji bi se akumulirao na nepropusnoj horizontalnoj površini ako bi sve padavine ostale tamo bez oticanja. Izražava se u milimetrima ili litrama po kvadratnom metru (1 mm = 1 L/m²).
La učestalost ili vrijeme povratka Statistički pokazuje koliko često se očekuje događaj određenog intenziteta ili akumulacije. Na primjer, kiša s periodom ponavljanja od 50 godina je događaj koji se, u prosjeku, javlja jednom svakih pola stoljeća.
Kako mjerimo padavine i njihove osnovne vrste
Količina kiše koja padne na nekom mjestu mjeri se pomoću kišomjeri i kišomjeri za snimanjeOvi instrumenti omogućavaju sistematsko kvantificiranje i evidentiranje padavina na meteorološkim stanicama.
El ručni mjerač kiše To je graduirana cilindrična posuda, obično napravljena od plastike, koja sakuplja kišnicu. Nakon određenog vremena, očitava se visina akumulirane vode, ekvivalentna količini padavina u milimetrima.
u sumirajući mjerači kiše Uključuju lijevak koji usmjerava vodu u graduiranu posudu promjenjivog presjeka, čime se poboljšava tačnost, posebno pri slaboj kiši. Očitavanja se obično vrše svakih 12 sati, ali vam ne omogućavaju da znate tačno vrijeme kada je padala kiša.
u sifonski ili dvostruko nagibni mjerači kiše s kantom Oni kontinuirano bilježe padavine tokom vremena, crtajući na papirnom bubnju ili generirajući elektronske impulse svaki put kada se posuda napuni fiksnom količinom padavina (na primjer, 0,2 mm). To nam omogućava da dobijemo vremensku evoluciju padavina tokom događaja.
U zavisnosti od načina na koji se predstavlja, možemo razlikovati nekoliko osnovni oblici tečnih padavinaKiša, rosulja, pljuskovi, prolomne padavine ili grmljavinska oluja su svi oblici vode u tečnom stanju, ali se razlikuju po veličini kapljica, intenzitetu, trajanju i učestalosti. pljusak Može uzrokovati brze poplave u urbanim područjima.
Klasifikacija padavina: intenzitet, redovnost i obrasci
Zvanično, meteorološke službe kao što je AEMET Oni klasifikuju kišu prema intenzitet na satutvrđivanje pragova od kojih se padavine smatraju slabim, umjerenim, obilnim, vrlo obilnim ili bujičnim.
Još jedan zanimljiv način klasifikacije padavina, nezavisno od njihovog prosječnog intenziteta, zasniva se na tzv. indeks, a ne indeks regularnosti intenziteta. Ovaj indeks mjeri varijabilnost intenziteta tokom padavina.
Vrijednosti n blizu 0 označavaju vrlo stalne i stacionarne kišeuglavnom povezano s advektivnim procesima. Kako se indeks približava 1, količina padavina postaje sve promjenjivija tokom vremena, karakteristična za visoko konvektivne padavine s vrlo izraženim vrhovima intenziteta.
U svakodnevnom jeziku često koristimo mnogo različitih naziva za kišu: govorimo o rosulja ili magla kada su kapljice izuzetno male i nakupljanje je jedva primjetno; pljusak ili kiša kada je kiša intenzivna, ali vrlo kratka; pljusak kada su kiše bujične i obično uzrokuju brze poplave.
u električne oluje Pored kiše, često ih prate munje, grmljavina, a često i grad i jaki udari vjetra. Regionalno postoji i širok spektar popularnih termina za opisivanje obilnih padavina, od "pljuska" do "oluje" ili "oluje", ovisno o zemlji ili području.
Kisele kiše: kada zagađenje dođe do izražaja
Voda koja pada kao kiša uvijek je slatka vodaČak i nakon što ispari iz mora, soli ostaju na površini. Međutim, atmosferski zagađivači mogu promijeniti njen hemijski sastav prije nego što stigne do tla.
Kada određeni plinovi koje ispušta sagorijevanje fosilnih goriva (kao što su sumpor-dioksid ili dušikovi oksidi) reaguju sa vodenom parom i kiseonikom u vazduhu, formirajući kiseline koje se ugrađuju u kapi kiše. Rezultat je ono što se naziva padavina. kisela kiša.
Normalna kiša ima pH vrijednost od oko 5,6 zbog rastvorenog ugljičnog dioksida. U slučaju kiselih kiša, pH vrijednost može pasti na vrijednosti od 4,2-4,4 ili čak i niže, što značajno povećava njenu korozivnu moć na tlo, vegetaciju, vodene ekosisteme i zgrade.
Iako kisele kiše obično nemaju neposredni direktni efekti na ljudsko zdravljeDa, mijenja jezera, rijeke i šume, utičući na vrste koje nisu prilagođene toj kiselosti. Posljednjih decenija smanjena je u mnogim zemljama zahvaljujući kontroli industrijskih emisija, ali i dalje predstavlja problem u regijama sa slabom regulacijom.
Kiša i život na Zemlji
Kiša je neophodna za obnavljanje vodnih resursaOna puni vodonosnike, hrani riječne tokove, puni rezervoare i močvare te održava snabdijevanje pitkom vodom i navodnjavanje za milione ljudi.
Takođe djeluje kao važan termički regulatorIsparavanje i kondenzacija uključuju latentne izmjene toplote koje utiču na temperaturu vazduha. Nadalje, sama kiša je često praćena padom temperature jer povlači hladniji vazduh iz gornjih slojeva prema dolje.
U ekosistemima, kiša održava biljni i životinjski biodiverzitetNjihov obrazac određuje plodnost tla, dostupnost hrane, reproduktivne cikluse mnogih vrsta i postojanje određenih staništa poput prašuma, savana ili travnjaka.
U regijama sa oskudnim padavinama, sezonske kiše Oni su doslovno linija koja razdvaja život od dezertifikacije. Mnogi mediteranski ekosistemi, na primjer, prilagođeni su produženoj sušnoj sezoni, ali im je potrebna intenzivna i relativno koncentrirana količina padavina kako bi se spriječilo da tlo nepovratno izgubi svoj produktivni kapacitet.
Poljoprivreda, sa svoje strane, zavisi od vrlo delikatna ravnotežaPremalo padavina dovodi do suša, gubitka usjeva i erozije; dugotrajni višak kiše pogoduje gljivičnim bolestima, truljenju i preplavljenom tlu koje oštećuje usjeve i smanjuje buduće prinose.
Negativni efekti: poplave, erozija i curenja
Kada padne previše kiše u kratkom vremenskom periodu, sistem nema kapacitet da odvodi vodu i dolazi do poplava. bujične poplaveOne su jedne od najsmrtonosnijih prirodnih katastrofa širom svijeta, odgovorne za milione žrtava tokom 20. vijeka.
Obilna kiša povećava površinsko otjecanjePosebno na golim ili jako zbijenim tlima, što ubrzava eroziju. Strme padine, rijetka vegetacija i epizode bujičnih kiša savršeni su sastojci za klizišta i masivan gubitak plodnog tla.
Na urbanom i stambenom nivou, dugotrajne kiše i nakupljanje vode na slabo hidroizolovanim krovovima dovode do curenja, procjeđivanje i vlaga u domovima i zgradama. Ako se ne kontrolišu, mogu oštetiti strukture, izazvati plijesan i ugroziti zdravlje i sigurnost prostora.
Jedno od najrasprostranjenijih rješenja za sprječavanje curenja je upotreba asfaltne membrane i hidroizolacione ploče: modeli sa aluminijumskom završnom obradom za vanjske prostore izložene naglim promjenama temperature, ploče od škriljevca za terase i krovove, te lakše varijante za unutrašnjost, ispod pločica i keramike.
U posebno osjetljivim područjima, pravilna hidroizolacija je ključna za sprječavanje kiše, što je blagoslov na globalnoj razini. postaje ozbiljan problem u kući.
Kultura, percepcija i zanimljivosti o kiši
Veza između ljudskih društava i kiše je duboka i raznolika. U umjerenim klimama, mnoge studije sugeriraju da Oblačni i nestabilni dani mogu povećati stres u populaciji, što utiče na raspoloženje, posebno kod muškaraca prema nekim istraživanjima.
U sušnim područjima ili tokom perioda suše, dolazak kiše se često doživljava kao razlog za kolektivnu radostNije slučajno da je, na primjer, u Bocvani riječ "pula", koja znači kiša, ujedno i naziv nacionalne valute, što odražava njen ogroman ekonomski značaj.
Razvili su se u mnogim kulturama rituali i molitve za prizivanje kišeOd plesova kiše u selima američkih Indijanaca, preko molitvi bogovima neba u drevnim civilizacijama poput sumerske ili grčke, do službenih dana molitve za kišu u modernim zemljama.
Karakterističan miris tokom i nakon pljuska, koji mnogi ljudi smatraju ugodnim, posljedica je petrichorulja koja ispuštaju određene biljke, a koja se nakupljaju u tlu i stijenama, te se raspršuju u zraku kada kapi kiše padnu na tlo.
Što se tiče rekorda, ekstremni slučajevi su zabilježeni u oba izuzetno obilne kiše (kao što je više od 1.800 L/m² u 24 sata na ostrvu Reunion) kao i izuzetno dugotrajne suše (kao što su Suhe doline Antarktika, gdje praktično nije padala kiša hiljadama godina). Ovi ekstremi ilustruju stepen u kojem se količina padavina može razlikovati od jednog mjesta do drugog na planeti.
Kiša, klimatske promjene i budućnost
Globalno zagrijavanje mijenja obrasce padavina širom svijeta. Topliji zrak može sadrže više vodene pareOvo povećava mogućnost pojave bujičnih kiša kada su atmosferski uslovi povoljni.
Studije ukazuju na porast epizode ekstremnih padavinanaizmjenično s dužim periodima suše. To znači da će se mnoge regije morati prilagoditi nestabilnijoj klimi: manje dana blage kiše i koncentriraniji, intenzivniji događaji.
U mediteranskim zemljama poput Španije, a skraćivanje zime i produženje ljetasa sve kraćim proljećima i jesenima. Ovaj "gubitak" prelaznih godišnjih doba ima direktan uticaj na to kako, kada i koliko pada kiše tokom godine.
Poljoprivreda će biti jedan od najteže pogođenih sektora. Poljoprivrednici će morati češće pribjegavati sistemi za vještačko navodnjavanje, zaštitu od grada i mraza i strategije prilagođavanja klimatskoj varijabilnosti, s obzirom na to da će prirodne padavine biti manje predvidljive i ekstremnije.
U ovom kontekstu, da bi se detaljno razumjelo Kako se formira kiša, koje vrste postoje, kako se mjeri i kakve efekte ima U društvu i ekosistemima, sve je važnije za planiranje infrastrukture, upravljanje vodnim resursima i dizajniranje mjera prilagođavanja za borbu protiv klimatskih promjena.
Sve što se dešava od trenutka kada molekula vode ispari pa sve do trenutka kada se vrati na zemlju kao kap kiše pokazuje u kojoj mjeri je ovaj fenomen i... svakodnevno i neobičnokombinacija fizike, hemije, atmosferske dinamike i svakodnevnog života koja uslovljava naš pejzaž, našu ekonomiju i, u velikoj mjeri, naš način života.
