Mrak

*Než se objevily meteorologické satelity a sofistikované předpovědní technologie, byly mraky nejlepším způsobem, jak předpovědět, jaké počasí přijde. Mraky vysoko na obloze nebo žádné mraky znamenaly pěkné počasí. Ale mraky pohybující se nízko na obloze nebo tmavé mraky znamenaly, že se blíží déšť.  Z našich pozorování mraků dokonce vznikla běžná rčení, jako například "červená obloha ráno, námořníkovo varování, červená obloha v noci, námořníkovo potěšení". A napříč časem a různými kulturami jich existuje mnohem více. Geografové a meteorologové se dodnes spoléhají na mraky při předpovídání počasí tím, že zkoumají, jak a proč se tvoří. Mraky nám poskytují důležité informace o teplotě a množství vlhkosti v atmosféře, což nám může pomoci předpovídat počasí od letních odpolední bez mraků až po zatažená zimní rána.  Mapa světových mraků nám navíc vypovídá o dnešních energetických tocích a vzorcích počasí. A odhalení tajemství mraků nám pomůže lépe pochopit, jak se atmosféra ohřívá. Dnes se tedy připojíme k nesčetným národům v historii a podíváme se vzhůru - na mraky.  Jmenuji se Alizé Carrère a vysíláme Crash Course Geography.*

Mraky jsou často popisovány dramatickými slovy jako "éterický" nebo "zlověstný". Zdá se, že jsou živé, rodí se z atmosféry a objevují se jako záhadné objekty podobné UFO.  Mraky jsou však také užitečnými atmosférickými údaji.  Mraky jsou v podstatě velké kbelíky vody plující v atmosféře. Skládají se z miliard tak malých, že jsou neviditelné, vodních kapiček a ledových krystalků, které jsou příliš malé na to, aby vytvořily dešťové kapky, takže zůstávají viset v atmosféře.  Ve skutečnosti má každý oblak svou vlastní anatomii, výšku, jméno a důvod existence, něco jako atmosférický člověk.  Dávní námořníci i dnešní vědci vědí, že mraky nám mohou prozradit víc než jen to, zda bude pršet. Často se například setkáváme se zlověstným typem mraků visících nad městy, kterému se říká smog. Slovo "smog" poprvé použil londýnský lékař v roce 1900 k popisu kombinace kouře a mlhy - vrstvy mraků na zemi -, která vrhá šero na město.  Smog je znečištění, které poškozuje naše plíce, dráždí oči a krk a po dlouhou dobu dokonce způsobuje korozi staveb. V atmosféře také zadržuje dodatečné teplo, čímž přispívá ke globálnímu oteplování způsobenému člověkem. Přítomnost či nepřítomnost mraků však může mít velký vliv i na množství energie, které se dostane na povrch Země.

Jako moderní lovci bouří jsme připraveni jezdit hodiny, abychom zdokumentovali jedinečné formace mraků a poslali data místním meteorologům.  Musíme vědět, s kým máme tu čest, ale naštěstí se naprostá většina mraků dělí do tří typů podle toho, jak vypadají.  První mraky, které spatříme, jsou chuchvalce bílé barvy. Tyto cirrové mraky neboli "kobylí ocasy" jsou tvořeny ledovými krystalky a existují pouze vysoko nad 6000 metrů. Takové mraky cirrus odrážejí asi 50 % slunečního záření.  Ještě lépe však zachycují dlouhovlnné záření, které se snaží dostat zpět do vesmíru, izolují a ohřívají zemskou atmosféru jako součást přirozeného skleníkového efektu. Na míle daleko je obloha plná matných, šedých, plochých, vodorovných vrstev nízkých mraků pod 2000 metrů.  Takové stratické mraky odrážejí a rozptylují přibližně 90 % slunečního záření, což ochlazuje Zemi tím, že zabraňuje dopadající energii na zem. Můžete je vinit z ponurého počasí. Pokračujeme v jízdě, protože počasí se vyjasňuje, ale nyní si všímáme, že oblohu ovládly kupovité mraky. Kupovité mraky jsou známkou toho, že se energie v atmosféře přesouvá. Protože mohou být tak husté a sahat tak vysoko do atmosféry, zpravidla odrážejí od Země tolik energie, kolik jí pohlcují, a tím ji ohřívají. Z hlediska oteplování atmosféry jsou tedy v podstatě neutrální.  Pokud budeme mít štěstí a budeme projíždět tímto horkým odpolednem, uvidíme, jak jasná, hrudkovitá oblaka cumulus stále rostou a houstnou. Nyní déšť zesiluje a my jsme našli naši bouři: dešťovou - neboli nimbovou - formu kumulových oblaků.  Oblaky cumulonimbus jsou vysoké dešťové mraky, které předvádějí sílu energie, jež exploduje jako velká bouře.

Pro klimatology je pochopení mraků a toho, jak jimi proudí energie, zásadní pro pochopení toho, jak se naše Země otepluje a ochlazuje a jak se mění klima.  Zatímco mraky cirrus se objevují pouze ve vysokých hladinách, mraky stratus a cumulus se mohou objevit v jakékoliv hladině. A názvy mraků to skutečně popisují. Takže stejně jako lidé mohou být složití, můžeme mít třeba kupovité mraky cumulus rostoucí uprostřed nad 2000 metrů, ale pod 6000 metry - v úrovni altů. Tam se nazývají altokumulusy. Nebo můžeme mít horizontální oblaky stratus vysoko nad 6000 metrů, které tvoří ledové vrstvy cirrostratus. Cirrus nebo předpona cirro znamená vysokou hladinu, alto označuje střední hladinu a nízko položená oblaka jsou prostě stratus nebo cumulus. Možná s přívlastkem "nimbus", pokud prší. Bez ohledu na to, kde a jaké jsou, mraky přirozeně ochlazují a ohřívají spodní atmosféru, i když to, jak moc, závisí na nadmořské výšce, typu mraků, množství oblačnosti a její tloušťce. V podstatě, pokud si mraky představíme jako plovoucí vědra s vodou, každý typ obsahuje jiné množství vody.

A mraky jsou jen jednou z fází hydrologického cyklu, který zajišťuje cirkulaci vody mezi atmosférou, hydrosférou, litosférou a biosférou. (Mimochodem, mraky spojují atmosféru a hydrosféru dohromady!) Aby se mraky vytvořily, musí se voda dostat do atmosféry vypařováním, což je situace, kdy molekuly kapalné vody absorbují dostatek tepla, aby získaly energii a oddělily se od povrchu v podobě vodní páry. Vodní pára tuto dodatečnou energii uchovává jako latentní teplo vypařování.  Aby se gram kapalné vody přeměnil na vodní páru, absorbuje 585 kalorií, což by pro nás bylo jako sníst 5 velkých banánů. Proto když se z našeho těla odpařuje pot, má obvykle chladivý účinek. Tekutá voda absorbuje část tepla z našeho těla a část molekul vody se změní v páru.  Vlhkost popisuje, kolik vodní páry je ve vzduchu. Obecně platí, že vzduch ve vysokých zeměpisných šířkách, například v Arktidě a Antarktidě, je kvůli menšímu množství slunečního záření přirozeně chladnější, takže obsahuje mnohem méně vodní páry a je méně vlhký. Místa jako Karibik nebo jiné tropické a rovníkové oblasti Země mají teplejší vzduch s větším množstvím vodní páry a vyšší vlhkostí. Protože vodní pára může uchovávat energii jako latentní teplo vypařování, souvisí vlhkost s tím, kolik energie je v atmosféře k dispozici pro tvorbu počasí. Nízká vlhkost je tedy jedním z důvodů, proč obvykle neslyšíme o ničivých povětrnostních jevech, jako jsou hurikány přicházející z Arktidy.

A vlhkost můžeme vnímat i na osobní úrovni, protože vlasy se prodlužují s rostoucí vlhkostí a smršťují s klesající vlhkostí. [O tom něco vím...] Když ve zprávách o počasí mluví o tom, že "se blíží teplá fronta a venku je 55% vlhkost, zpátky k tobě, Barbaro", mluví ve skutečnosti o relativní vlhkosti. Relativní vlhkost je porovnání mezi skutečným množstvím vodní páry ve vzduchu a tím, kolik by jí ve vzduchu mohlo být. Když má vzduch při určité teplotě relativní vlhkost 100 %, obsahuje maximální možné množství vodní páry. Je tedy nasycený - jako houba plná vody, která už nemůže nasát další, pokud ji nevymačkáte. Až na to, že "vymačkávání vody" z atmosféry je... déšť. Jakýkoli druh vlhkosti silně závisí na teplotě vzduchu a na tom, kolik vlhkosti je k dispozici. Při vyšších teplotách je pravděpodobnější, že více molekul kapalné vody bude mít energii vypařit se na vodní páru a vznášet se v atmosféře. V teplejších oblastech tedy vzduch "pojme" více vody.  Samozřejmě to, že teplý vzduch dokáže pojmout více vody, neznamená, že je v něm vždy přítomna vodní pára. Vnitrozemské oblasti, jako je centrální část Sahary, jsou velmi suché, protože jsou daleko od oceánů a není zde k dispozici mnoho kapalné vody, která by se mohla vypařovat.

Ale řekněme, že jsme ubytováni v chatě u jezera - takže kolem je spousta tekuté vody. Stejná relativní vlhkost vzduchu se může citelně lišit v závislosti na teplotě vzduchu. V horkém dni může 70% relativní vlhkost působit těžce, lepkavě a nepříjemně, téměř jako když stojíte v mraku. Protože vzduch může pojmout více celkové vody, je 70 % nasycení hodně páry! Navíc, když je nám horko, potíme se, a když už je ve vzduchu spousta vlhkosti, náš pot se nemůže tak snadno odpařovat, takže máme pocit vlhkosti. V chladném dni je 70% relativní vlhkost mnohem příjemnější, protože chladnější vzduch dokáže zadržet méně vody, takže 70% nasycení neznamená tolik vodní páry. Navíc je chladněji, takže se nemusíme tolik potit. Změna teploty může také změnit relativní vlhkost, i když množství vlhkosti zůstává stejné. Například přes den může být slunečno a horko a relativní vlhkost je jen 50 %.  Když však slunce zapadne a teploty v noci klesnou, vzduch hůře udržuje vodní páru. Ráno je pocitově velmi vlhko a na trávě se tvoří kapky rosy.

Dosáhli jsme 100% nasycení, přestože do vzduchu nebyla přidána žádná další vodní pára.  Během noci jsme dosáhli rosného bodu, což je teplota, při které může vodní pára při aktuálním množství vodní páry ve vzduchu opět zkondenzovat na kapičky kapaliny.  Třeba jako rosa na trávě nebo mlha (což je ve skutečnosti jen oblak na zemi).  Při rosném bodu by tedy naše metaforická houba byla plná a mohl by se zrodit mrak.  Srovnáme-li suchou oblast, jako je Sahara, s vlhkou oblastí, jako je Mississippi, je třeba mnohem většího ochlazení, aby bylo dosaženo rosného bodu a došlo ke kondenzaci v poušti, než v Mississippi. Přestože vodní pára a kapalná voda jsou jen dvě různá uspořádání molekul vody, je téměř nemožné, aby došlo ke kondenzaci, pokud není žádný povrch, na kterém by se kapka vody mohla držet, jako například vnější strana studené plechovky od limonády. Je tu tedy jedna klíčová složka mraků, o které jsme se ještě nezmínili: kondenzační jádra. Jedná se o mikroskopické částice, jako je mořská sůl, prach, kouř, pyl a sopečný materiál v atmosféře, které poskytují povrch pro kondenzaci.

Když biliony molekul naší vody ulpí na smítkách prachu a vytvoří miliardy drobných kapiček kapalné vody a někdy poté zmrznou na ledové krystalky, vznikne nám oblak! (Takže mraky jsou asi spíš takový velký kbelík zaprášené vody.) Kondenzační fáze hydrologického cyklu uvolňuje veškerou energii nahromaděnou ve vodní páře - na každý gram vody se uvolní 585 kalorií nebo 5 velkých banánů jako latentní teplo kondenzace.  Pokud se tedy v malém kupovitém mraku nachází 500 až 1000 tun kapiček vlhkosti, uvolní se obrovské množství energie, které může pohánět bouři. Každý mrak je ve skutečnosti výsledkem ochlazování. Zatím jsme pouze obecně popsali, jak mraky vznikají z molekul vody, které se energeticky vypařují a poté v atmosféře kondenzují do kapiček kapaliny.  Do vzniku jedinečných panoramat, která zaplňují oblohu, se však zapojuje mnohem více. Každý mrak je jedinečný, stejně jako i když můžeme zobecnit, jak se lidé rodí a vyrůstají, existuje tolik složitostí, které dělají člověka tím, kým je.

Dokonce i to, zda bude náš mrak malý, nadýchaný kumulus, nebo zlověstný oblak cumulonimbus, závisí na tolika faktorech. Například na konkrétní teplotě a vlhkosti výchozího vzduchu a na měnících se atmosférických podmínkách, jak stoupají naše odpařené molekuly vody.  A protože 50 % Země je v každém okamžiku pokryto mraky, existuje tolik možných tvarů a velikostí, že není divu, že mraky jsou tak proměnlivým a krásným aspektem našeho životního prostředí.  Všechny tyto prvky se spojují a hluboce ovlivňují Zemi a také nás lidi. Mrakům věnujeme pozornost už tisíce let nejen kvůli jejich kráse, ale také proto, že pohlcují, rozptylují a odrážejí sluneční paprsky, ovlivňují globální energetický rozpočet a cirkulují klíčovou složku života - vodu! -- po celém světě.