Tor Bergeron ja lumikuurot

Taivaalla seilaavia pilviä tarkkasilmäisemmin katselevat blogin lukijat ovat ehtineet jo kiinnittää huomiota jokakeväiseen tapahtumaan, kumpupilvien saapumiseen. Ensimmäiset kumpupilvipäivät sijoittuvat yleensä maaliskuulle ja huhtikuusta alkaen niitä esiintyy jossain päin maata lähes päivittäin. Syy kumpupilvien talvimuuttoon etelän lämpöön johtuu tietenkin auringosta. Aurinko ei juuri maanpintaa pimeänä vuodenaikana lämmitä, ja kun maanpinta ei lämpene, ei iltapäivisin muodostu lämpimiä nousevia ilmavirtauksia joiden merkkeinä kumpupilvet toimivat. Kumpupilvillä on oma elinkaarensa, ne syntyvät nousevan ilmavirtauksen mukanaan nostaman vesihöyryn alkaessa tiivistyä pilvipisaroiksi, ja haihtuvat hiljalleen pois ilmavirtauksen heikettyä. Pieni pilvenhattara saattaa elää minuutin tai pari, kilometrien korkuiset pilvitornit taas purjehtivat taivaalla tuntikausia.

Varhaiskevään kumpupilviin liittyy eriskummallinen piirre, niillä kun on tapana haihtua lumisateena ilmaan. Tälle näytelmälle on oma nimensä, sitä kutsutaan meteorologiassa latinankielisellä sanalla virga. Tarkkaanottaen virga tarkoittaa vitsaa tai oksaa, mutta suomen kielessä sen synonyymi on sadejuova, siis taivaalla näkyvä sade joka ei yllä maahan asti. Mutta miksi kumpupilvet muuttuvat lumisateeksi vain keväällä?

 

Lumisateeksi muuttuneita kumpupilviä lentokoneesta kuvattuna

Kumpupilvi on muuttunut lumisadejuovaksi taivaalla (panoraamakuva purjelentokoneesta, K. Roine)

Kuten niin moni sääilmiö, tämänkin taustalta löytyy fysiikkaa, olkoon tämä siis varoitus fysiikka-allergiaa poteville. Oleellisin ero kevään ja kesän kumpupilvissä on tietenkin lämpötila. Keväällä ilma pilven sisällä on helposti jopa 10…20 astetta pakkasella. Voisi kuvitella että näin kylmä pilvi koostuu jääkiteistä, vesihän jäätyy nollassa asteessa. Vaan eipäs jäädykään! Nimittäin ilmakehässä kelluva pieni pilvipisara ei tahdo millään jäätyä ellei se ole kosketuksissa juuri sopivaan hiukkaseen, jäätymisytimeen. Jäätymisytimiä taas esiintyy ilmassa erittäin harvakseltaan, niinpä näitä orpoja alijäähtyneitä vesipisaroita leijuu yllin kyllin pilvissä vielä parinkymmenen asteen pakkasissa.

Pakkasen ollessa riittävän kireää alkaa lopulta kumpupilviinkin muodostua jääkiteitä, ja tällöin alkaa jääkideprosessi. Sen keksi ruotsalainen säätieteilijä nimeltä Tor Bergeron (tarkkaanottaen toki asiaa oli teoretisoitu jo aiemmin), ja usein jääkideprosessia nimitetäänkin Bergeronin prosessiksi. Bergeron oivalsi 1900-luvun alkupuolella että jääkiteet pystyvät kaappaamaan pilvestä kosteuden itselleen. Syy tähän prosessiin löytyy siitä, että vesihöyryn kyllästyspaine jää- ja vesipinnan suhteen on erilainen. Kuulostaa monimutkaiselta? Se onkin, mutta koitetaanpas selittää vähän ymmärrettävämmin.

Ajatellaan samassa kosteassa ilmassa leijuvaa vesipisaraa ja jääkidettä. Jos ilma on vesihöyryn kyllästämä, eli sen suhteellinen kosteus on 100%, vesipisara ei haihdu ilmaan, mutta ei toisaalta myöskään kasva isommaksi. Jääkiteen mielestä tämä sama ilma on kuitenkin ylikyllästystilassa, eli ilmasta alkaa härmistyä kaasumaista vesihöyryä jääkiteen pintaan. Mutta mitä tapahtuu vesipisaraa ja jääkidettä ympäröivälle ilmalle? Se alkaa nyt kuivua, sillä ilmasta siirtyy kaasumaista kosteutta jääkiteeseen. Nyt tässä kuivuvassa ilmassa olevan vesipisaran mielestä suhteellinen kosteus laskeekin alle 100%:iin, ja sen seurauksena vesipisara alkaa haihtua. Jääkideprosessin jatkuessa pilvipisarat häviävät taistelun kosteudesta jääkiteille ja lopulta pisarat haihtuvat pilvestä kokonaan, jääkiteet taas kasvavat lumihiutaleiksi.

Kumpupilven alla näkyy selvästi utumaista lumisadetta

Kumpupilven alla näkyy selvästi utumaista lumisadetta (Kuva K. Roine)

Ilmakehässä kasvavat jääkiteet voivat saada erilaisia muotoja. On laattamaisia, pylväsmäisiä ja tähtimäisiä kiteitä. Tietyn tyyppiset jääkiteet saattavat muodostaa vaikkapa komean haloilmiön ohueen yläpilviharsoon. Sattumoisin n. 15 pakkasasteen lämpötilassa kasvavat jääkiteet saavat yleensä monisakaraisen lumikiteen muodon. Lumikiteet takertuvat helposti toisiinsa, ja näin muodostuu suurempia lumihiuteita, jotka painavampina alkavat sataa pilvestä alas. Terävärajainen pilvipisaroista koostunut kumpupilvi muuttuu suureksi lumisadeläikäksi taivaalla.

Pilvi on hävinnyt kokonaan ja jäljelle jäi lumisadeläikkä

Pilvi on hävinnyt kokonaan ja jäljelle jäi lumisadeläikkä (Kuva K. Roine)

 

Tämän saman prosessin syytä on käytännössä kaikki sade meidän pohjoisilla leveysasteillamme. Meillä kun satavat pilvet ovat aina niin korkeita että niissä muodostuu jääkiteitä. Kesäaikaan tuo jääkideprosessi käynnistyy ukkospilven huipulla sen kuitumaisessa alasimessa, tai säärintaman tuoman paksun pilvimaton yläosassa. Toki lumihiutaleet kesäaikaan sulavat sadepisaroiksi hyvissä ajoin ennenkuin osuvat maanpintaan.  Keväällä poikkeuksellista on ainoastaan se että jääkideprosessi käynnistyy kylmyydestä johten jo erittäin pienissä pilvissä ja voimme omin silmin seurata sitä lähietäisyydeltä. Oletko muuten koskaan havainnut talvella kuuraa puissa ja samanaikaisesti sumua? En minäkään, kuuran synnyttämät jääkiteet kun kaappavat samalla tavalla sumun vaatiman kosteuden ilmasta itselleen.

Kylmässä säässä pienetkin pilvet muuttuvat lumisateeksi

Kylmässä säässä jo aivan pienetkin pilvet voivat sataa lunta (Kuva K. Roine)

Mutta mitä sitten tapahtuu pilvien alapuolella, maan pinnalla? Yleensä ei juuri mitään. Kuivassa kevätilmassa kumpupilvet syntyvät muutaman kilometrin korkeudelle ja ilma pilvien alapuolella on rutikuivaa. Kun lumihiutaleet alkavat hitaasti pudota, niissä oleva jää sublimoituu takaisin vesihöyryksi ja alaspäin sataessaan lumihiutaleet häviävät kuin tuhka tuuleen. Joskus kaikista voimakkaimmat lumikuurot saattavat sataa höyhenkevyitä lumihiutaleita maahan asti. Tällöin moni ihmettelee, miten voi sataa lunta vaikka lämpömittari maanpinnalla näyttää jopa +5 astetta? Taas astuu peliin fysiikka. Lumihiutaleen sublimoidessa jäätä vesihöyryksi rutikuivassa ilmassa, vaati se paljon lämpöenergiaa. Tuo sublimoituminen siis jäähdyttää lumihiutaletta ja pitää sen olomuodon lumena vaikka ympäröivä ilma olisikin plussalla.

 

Tämä kirjoitus kuuluu kategoriaan Huomioita säästä. Pysyvä linkki.

6 vastausta kirjoitukseen

  1. Masa sanoo:

    Kiitos hyvästä kirjoituksesta. Eilen oli tällaista havaittavissa reilusti Riihimäen ja Hämeenlinnan välimaastossa. Joka keväinen ilmiö.

  2. Kääväkäs sanoo:

    Eikös tuossa ole vielä sellainenkin pointti, pilvenmuodostuksessa, että vesihöyry pysyy alhaisemmassa paineessa pidempään jäätymättä vaikka lämpötila vastaisi sitä pistettä missä ns. merenpintapaineen osalta pilvipisara jo jäätyisi samassa lämpötilassa? Vai onko jotain mitä minä ymmärtänyt väärin.

    • Kristian Roine sanoo:

      Vastaus kysymykseen löytyy veden faasikaaviosta. Muutos kaasusta vesiolomuotoon on käytännössä paineriippumatonta, toisaalta olomuodon muutos kaasusta suoraan jääksi tapahtuu painetta pienentäessä aina vain kylmemmässä lämpötilassa, aivan kuten huomautit. Käytännössä satavat pilvet taitavat saada alkunsa vesihöyryn tiivistyessä pilvipisaroiksi, siis nestemäiseksi vedeksi.

  3. Kääväkäs sanoo:

    Juuri tuota tarkoitin, viitaten kohtaan jossa puhuit ettei tahdo jäätyä. Tuo loppupostaus ei liittynyt kysymykseen millään tapaa. Eli en ihan väärin muistanutkaan :) (itseopiskelija kun olen, niin välillä siitä sekalaisesta tietokoneen leikepöytää muistuttavasta tiedosta päässä pitää varmistaa).

  4. Erkki Lintunen sanoo:

    ”Lumihiutaleen sublimoidessa jäätä vesihöyryksi rutikuivassa ilmassa, vaati se paljon lämpöenergiaa.”

    Mielenkiintoinen yksityiskohta. Jo unohtuneella purjelentäjän sääopilla voi helposti ajatella, että pilven alle lumisateeseen syntyy laskeva ilmavirtaus (kylmenevä ilmamassa on raskaampaa ympäröivään suurempaan ilmamassaan nähden), mutta onko tässä merkittävä ero ilmiöiden suuruusluokassa, lumihiutaleiden sublimaatio vs. paikalliset erot auringon lämpösäteilyn vaikutuksissa, niin ettei sublimaatiolla olisi suurempaa merkitystä kokonaisuudessa? Tietysti yhtäkaikki sublimaatio vaikuttaa saman suuntaisesti ilmamassan käyttäytymiseen kuin pilven varjo ja maasto paikallisten lämpötilaerojen syntyyn, joten perusopin mukaan satavan pilven alle ei ole syytä mennä, jos haluaa pysyä ilmassa purjekoneella, mutta ilmiöiden suhteet kiinnostaa.

  5. Val sanoo:

    Kuulinpahan myös tänään Peipon viserryksen. Puoli kuuta Peipposesta. :)

Forecan blogissa on käytössä kommenttien esimoderointi eli blogin ylläpitäjän on hyväksyttävä kommentti ennen kuin se näkyy blogissa. Kommentteja käydään läpi toimistotyöajan puitteissa.

Blogin keskusteluun voi osallistua asiallisilla, aiheeseen liittyvillä ja toisia kunnioittavilla kommenteilla. Viestejä voidaan jättää julkaisematta ylläpidon harkinnan mukaan, esimerkiksi jos viesti on loukkaava, ei liity blogin aiheeseen, sisältää selkeää tahallista provosointia tai on muutoin asiaton.