Do powstania burzy potrzebujemy 3 elementów:
- Wilgotnego powietrza. Najczęściej wilgoć w powietrzu pochodzi z oceanów lub mórz, bo są to obszary, gdzie parują duże ilości wody.
- Niestabilnego powietrza. Czyli powietrza o różnej temperaturze i wilgotności, które przez różnice w ciśnieniu zaczyna się przemieszczać.
- Siłę nośną. Za wznoszenie odpowiada ciepłe powietrze, które przez swoją temperaturę jest rozprężone, dzięki czemu leci do góry.
Cykl życia burzy
Wszystkie rodzaje burzy przechodzą przez 3 etapy – rozwój, dojrzałość i rozproszenie. W zależności od warunków panujących w atmosferze każdy z tych etapów zazwyczaj trwa ok. 30 minut.
Rozwój
Pierwszym etapem w procesie powstawania burzy jest rozwój chmury. Na skutek parowania wody do powietrza dostają się duże ilości wilgoci, które zaczynają się wznosić. Na dużych wysokościach powietrze jest chłodniejsze, co skutkuje tym, że wcześniej wspomniane ciepłe, wilgotne powietrze zaczyna się skraplać – znamy to zjawisko, jako proces kondensacji, kiedy gaz zamienia się w ciecz.
To właśnie proces skraplania jest kluczowy do rozwinięcia się burzy. Podczas tego procesu do atmosfery zostaje uwolnione dużo energii w postaci ciepła, sprawia to, że powietrze w chmurze schładza się wolniej. Dzięki temu chmura może rosnąć w górę.
Czy wiesz, że…
Przy powstawaniu typowej burzy około 500 milionów kilogramów pary wodnej jest unoszonych do atmosfery.
Dojrzałość
Chmura burzowa z widocznym kowadłem nad Warszawą
Po etapie wzrostu burza zmierza w dojrzałość, a z chmury cumulus powstanie cumulonimbus. Jeśli prąd wznoszący (ruch powietrza w górę) jest wystarczająco silny, to ciepłe powietrze będzie lecieć do góry do momentu, aż dojdzie do “sufitu” i nie będzie mogło lecieć już wyżej. Takim sufitem jest tropopauza – to warstwa atmosfery ziemskiej między stratosferą, a troposferą. Wysokość na jakiej znajduje się tropopauza zależy od szerokości geograficznej, w Polsce jest to ok. 12 km nad poziomem morza.
Lecące w górę powietrze napotyka na swojej drodze tropopauzę i nie może lecieć wyżej, co sprawia, że zaczyna rozchodzić się na boki. W ten sposób powstaje kowadło chmurowe i chmura cumulonimbus incus.
Cząsteczki wody zaczynają się łączyć w coraz większe krople i zaczynają zamarzać z powodu temperatury, która sięga nawet -70 C° na wysokości tropopauzy. Podczas opadania zaczynają się topić i zamieniają się w krople deszczu. Padający deszcz ciągnie ze sobą powietrze w dół, tworząc tym samym prąd zstępujący, podczas gdy prąd wstępujący wciąż zasila burzę. Równoczesne występowanie prądu wznoszącego i zstępującego świadczy o tym, że burza jest “dojrzała”. Na tym etapie pojawiają się wyładowania elektryczne (pioruny, błyskawice), silne wiatry i intensywne opady deszczu.
Powiązane – Jak powstaje piorun?
Zazwyczaj zwykła burza szybko przechodzi w fazę rozproszenia i zaczyna stopniowo znikać wraz z padającym deszczem. Natomiast, gdy w troposferze występują duże zmiany prędkości i kierunku wiatru wraz z wysokością, mogą one skutkować powstaniem superkomórki burzowej, która może utrzymywać się przez wiele godzin.
Jak powstaje grad w chmurze?
Wiemy, że krople wody zamarzają w chmurzę na dużych wysokościach, ale podczas opadania zaczynają topnieć zamieniając się w krople deszczu. Przy powstawaniu gradu różnicą jest to, że cząsteczki lodu nie topnieją.
Silny prąd wznoszący unosi zamrożone krople wody w wyższe warstwy chmury. Tam temperatura jest jeszcze niższa, co oznacza, że z cząsteczek wody powstają większe bryłki lodu, które w procesie opadania nie nadążą się stopić i spadając tworzą opad atmosferyczny, który znamy jako grad.
Rozproszenie
Jest to ostatni etap, w którym burza traci na sile i zaczyna znikać. Na tym etapie w burzy dominuje prąd zstępujący i jeśli warunki atmosferyczne nie sprzyjają powstaniu superkomórki, to faza ta potrwa ok. 30 minut.
Prąd zstępujący wypycha masy chłodnego powietrza z chmury burzowej w dół, tym samym odcina dopływ ciepłego, wilgotnego powietrza, które zasila cumulonimbusa, tym samym zatrzymuje jej wzrost. Podczas tego procesu może wystąpić zjawisko znane, jako downburst – jest to bardzo silny prąd zstępujący (w formie pionowej kolumny powietrza), w którym podmuchy wiatru dochodzą do ponad 200 km/h. Może on wyrządzić duże szkody i jest bardzo niebezpieczny dla samolotów.
Powiązane – Jak powstaje wiatr?
Podsumowanie
W skrócie, burza powstaje na skutek pary wodnej, która ze względu na to, że jest lżejsza, niż chłodniejsze powietrze leci do góry. Z powodu niskiej temperatury zaczyna się skraplać w atmosferze, co widzimy, jako chmurę.
Przy zachodzącym procesie skraplania do powietrza zostaje uwolnione ciepło, co pozwala chmurze schładzać się wolniej, niż otaczające je powietrze. Więc, jeśli odpowiednio dużo wilgoci odparuje i powstanie odpowiednio silny prąd wznoszący chmura burzowa zacznie się formować.
