一颗雨滴的奇妙世界

时间:2015-07-31 15:21:36 

在地球上,每天都会有无数的雨滴从天而降,这些雨滴虽看似平凡,但它们其实有着非常精彩的故事。

奇妙的旅程

每一颗雨滴在落到地面之前,大都经历过一段令人难以置信的旅程。比如一滴落在欧洲的雨水,它可能在9天前就开始旅行了。当时,那颗水滴或许正躺在纽约的港口晒太阳,但阳光使它变热,把它蒸发成了气体。水蒸气并不抱怨,它听从自然界的安排,一边慢慢地往上爬,一边被季风吹向东方。

在经历了长途跋涉之后,水蒸气来到欧洲上空,它的位置已经很高了,空气变得更加寒冷。水蒸气感到疲惫,它需要寻找一个地方来休息。在大约6000米的高度,水蒸气发现了一处可以“停靠”的地点,它抓住一个灰尘颗粒,变成了一个小冰晶—雨滴的“胚胎”。这个“胚胎”从周围的空气中提取水分,尺寸和重量越来越大,当云团挂不住它的时候,它开始跌落。雨滴在降落的过程中,会碰撞或融合其他的“小伙伴”,在25分钟的降落时间里,雨滴的尺寸变成了初始的20倍,最终其直径达到了2毫米。已有实验证明,如果一颗雨滴以每小时19千米的速度撞入水中,它可以穿过水面并仍然完好无损。

水分子需要微小颗粒来“停靠”,这对“雨滴”的形成非常重要。如果没有颗粒,就不会有云,也就不会产生降水。所以,能不能够产生降雨,很大程度上取决于微粒的数量。但是,问题又来了,在毗邻海域的沙漠地区,那里有着大量的水分和尘埃,但为什么始终缺少雨水呢?

问题的答案在于一个简单的比例:如果空气中微粒的浓度超过了每立方厘米1200个,由于微粒太多了,有限的水分子被分散到众多的微粒上,只能形成微小的雾霾,反而无法形成足够大的雨滴。

在天空中更高的地方,雾霾冷冻成细碎的冰粉末。这些冰粉末很不稳定又容易升华,它们的升华过程会影响气流层中水的循环过程,并阻碍雨滴的形成。在遭受严重空气污染的地区,这会导致一个潜在的恶性循环:虽然雨水在降落时能够冲刷灰尘和有毒气体(1公升的雨水可以清洁30万公升的空气),但是如果尘埃太多了(空气污染太严重了),能够带来降水的云彩会很少,不但雨水的清洁作用无法发挥,雾霾也会越来越多,空气质量仍会持续下降。

雨滴像眼泪?错了

恐怕没有人知道地球上每天会下多少场雨,有多少雨滴会落到地面上来。云团里面的小水滴或者小冰晶互相碰撞,合并在一起长大,直到整体的重量超过上升气流所能提供的向上的力量,它们在重力的作用下,落到地面上,形成降雨。

在降雨过程中,云层中的原始雨滴由于凝结核的大小不同,凝结发生的先后顺序不同,其大小是不相同的。并且大小水滴之间的碰撞,使大水滴不断增大,小水滴也会变小。当水滴不断增大,在空气中下降时就不再保持球形。开始下降时,水滴的底部平整,上部因表面张力而保持原来的球形。当水滴继续增大,在空气中下降时,除受到表面张力外,还要受到周围空气的压力以及重力的作用,二者的作用效果均随水滴的增长及下降而不断增大。在这三种力的作用下,水滴变形越来越剧烈,底部向内凹陷,形成一个空腔,形似降落伞。空腔越变越大,越变越深,上部越变越薄,最后破碎成许多大小不同的水滴—这才是我们在地面上所看到的雨滴。

我们常常把雨滴画成流线型的泪滴形状,但这是错误的。雨滴有大有小,其形状各不相同。直径小于0.25毫米的雨滴称为小雨滴,为球形;直径大于5.5毫米的雨滴称为大雨滴,大雨滴开始的形状为纺锤形,在下降的过程中因受到空气阻力的作用,其形状更像汉堡包,有着圆形的顶部和扁平的底部。

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