Tại sao mây không rơi xuống đất

Đối với các định nghĩa khác, xem Mây (định hướng).

Mây là khối các giọt nước ngưng tụ hay nước đá tinh thể treo lơ lửng trong khí quyển ở phía trên Trái Đất (hay trên bề mặt các hành tinh khác) mà có thể nhìn thấy.

Hơi nước ngưng tụ tạo thành các giọt nước nhỏ (thông thường 0,01 mm) hay tinh thể nước đá, cùng với hàng tỷ giọt nước hay tinh thể nước đá nhỏ khác tạo thành mây mà con người có thể nhìn thấy. Mây phản xạ tương đương nhau toàn bộ các bước sóng ánh sáng nhìn thấy, do vậy có màu trắng, nhưng chúng ta cũng có thể nhìn thấy mây màu xám hay xanh nếu chúng quá dày hoặc quá đặc do ánh sáng không thể đi qua.

Mây trên các hành tinh khác thông thường chứa các loại chất khác chứ không phải nước, phụ thuộc vào các điều kiện của khí quyển của chúng (thành phần khí và nhiệt độ).

Mây được tạo thành trong những khu vực không khí ẩm bị làm lạnh, nói chung là do bay lên. Nó có thể xảy ra:

• Cùng với frông nóng và frông lạnh,
• Khi không khí chuyển động lên trên các dãy núi và bị làm lạnh khi nó lên cao hơn trong khí quyển (sự nâng sơn căn),
• Khi không khí ấm thổi qua bề mặt lạnh hơn, chẳng hạn mặt nước.

Mây tương đối nặng. Nước trong các đám mây điển hình có thể có khối lượng hàng triệu tấn, mặc dù mỗi mét khối mây chứa chỉ khoảng 5 gam nước. Các giọt nước trong mây nặng hơn hơi nước khoảng 1.000 lần, vì thế chúng nặng hơn không khí. Lý do tại sao chúng không rơi, mà lại được giữ trong khí quyển là các giọt nước lỏng được bao quanh bởi không khí ấm. Không khí bị ấm lên do năng lượng nhiệt giải phóng khi nước ngưng tụ từ hơi nước. Do các giọt nước rất nhỏ, chúng "dính" với không khí ấm. Khi mây được tạo thành, không khí ấm mở rộng hơn là giảm thể tích sau khi hơi nước ngưng tụ, làm cho các đám mây bị đẩy lên cao, và sau đó mật độ riêng của mây giảm tới mức mật độ trung bình của không khí và mây trôi đi trong không khí.

Hình thái thực thụ của mây được tạo ra phụ thuộc vào cường độ lực nâng và phụ thuộc vào sự ổn định của không khí. Trong các điều kiện khi sự không ổn định của sự đối lưu thống lĩnh thì sự tạo thành các đám mây theo chiều thẳng đứng được hình thành. Không khí ổn định tạo ra chủ yếu là các đám mây thuần nhất theo chiều ngang. Sự nâng lên theo các phrông tạo ra các hình thái khác nhau của mây, phụ thuộc vào thành phần của các phrông này (dạng ana hay dạng kata của phrông ấm hay phrông lạnh). Sự nâng sơn căn cũng tạo ra các hình thái khác nhau của mây, phụ thuộc vào sự ổn định của không khí, mặc dù mây chóp và các mây sóng là đặc thù của các loại mây sơn căn.

Các thuộc tính của mây (chủ yếu là suất phản chiếu của chúng và tỷ lệ tạo mưa) là phụ thuộc rất lớn vào kích thước của các giọt nước và cách mà các hạt này kết dính với nhau. Điều này lại chịu ảnh hưởng của số hạt nhân ngưng tụ mây hiện diện trong không khí. Vì sự phụ thuộc này, cũng như sự thiếu vắng các quan sát khí hậu toàn cầu, các đám mây là rất khó để tham số hóa trong các mô hình khí hậu và là nguyên nhân bất hòa trong các tranh luận về sự ấm toàn cầu.

Sự ngưng tụ của hơi nước thành nước lỏng hay nước đá diễn ra ban đầu xung quanh một số loại hạt siêu nhỏ các chất rắn gọi là trung tâm ngưng tụ hay trung tâm đóng băng. Trong giai đoạn này các hạt rất nhỏ và các va chạm hay tổ hợp không thể là các yếu tố cơ bản của sự lớn lên. Điều diễn ra được gọi là "nguyên lý Bergeron". Cơ chế này dựa trên nguyên lý áp suất cục bộ của nước đá bão hòa là thấp hơn của nước lỏng, điều này có nghĩa là nó ở trạng thái giữa của sự tồn tại đồng thời cả tinh thể nước đá và các giọt nước lỏng siêu lạnh.

Các đám mây được chia thành hai loại hình chính: mây lớp hay mây đối lưu. Chúng được gọi là mây tầng (Stratus, từ tiếng Latinh có nghĩa là tầng, lớp) và mây tích (Cumulus, từ tiếng Latinh có nghĩa là tích lũy, chồng đống). Hai dạng chính này được chia thành bốn nhóm nhỏ phân biệt theo cao độ của mây. Các đám mây được phân loại theo cao độ gốc của mây, không phải là đỉnh của nó. Hệ thống này được Luke Howard giới thiệu năm 1802 trong thuyết trình của hội Askesian.

Mây cao (họ A)

Các hình thái này ở trên 5.000 m (16.500 ft), trong đới lạnh của tầng đối lưu. Chúng được biểu thị bởi tiền tố cirro- hay cirrus, nghĩa là mây ti. Ở cao độ này nước gần như đóng băng hoàn toàn vì thế mây là các tinh thể nước đá. Các đám mây có xu hướng là mỏng và yếu và thông thường là trong suốt.

Các mây trong họ A bao gồm:

• Mây ti (Cirrus)
• Cirrus uncinus
• Cirrus Kelvin-Helmholtz
• Mây ti tầng (Cirrostratus)
• Mây ti tích (Cirrocumulus)
• Cumulonimbus với pileus
• Vệt ngưng tụ (Contrail)

Vệt ngưng tụ là kiểu mây dài và mỏng được tạo ra như là kết quả của sự bay qua của máy bay phản lực ở cao độ lớn.

Mây trung bình (họ B)

Các loại mây này chủ yếu ở cao độ khoảng 2.000 đến 5.000 m (6.500 đến 16.500 ft) và được biểu thị với tiền tố alto- (gốc Latinh, nghĩa là "cao"). Chúng thông thường là các giọt nước siêu lạnh.

Các mây trong họ B bao gồm:

• Mây trung tầng (Altostratus)
• Altostratus undulatus
• Mây trung tích (Altocumulus)
• Altocumulus undulatus
• Altocumulus mackerel sky
• Altocumulus castellanus
• Mây hình hột đậu

Mây thấp (họ C)

Chúng được tạo ra dưới 2.000 m (6.500 ft) và bao gồm mây tầng (đặc và xám). Khi các mây tầng tiếp xúc với mặt đất, chúng được gọi là sương mù.

Các mây trong họ C bao gồm:

• Mây tầng (Stratus); không dày, độ cao thấp.
• Mây vũ tầng (Nimbostratus); rất dày, độ cao thấp đến trung bình.
• Cumulus humilis
• Cumulus mediocris
• Mây tầng tích (Stratocumulus)

Các đám mây thẳng đứng (họ D)

Các mây này có thể có hướng thẳng đứng lên trên, rất cao so với gốc của chúng và có thể hình thành ở bất kỳ độ cao nào.

Các mây trong họ D bao gồm:

• Mây vũ tích (Cumulonimbus, liên kết với sự ngưng tụ nặng và mưa dông)
• Cumulus congestus
• Pyrocumulus
• Cumulonimbus incus
• Cumulonimbus calvus
• Cumulonimbus với mammatus

Các loại mây khác

Có một số mây có thể tìm thấy ở phía trên tầng đối lưu; chúng bao gồm mây xà cừ và mây dạ quang, chúng hình thành ở tầng bình lưu và tầng trung lưu.

Màu sắc của mây cho ta biết nhiều về những gì đang diễn ra trong mây.

Mây tạo thành khi hơi nước bốc lên, gặp lạnh và ngưng tụ trong không khí như những giọt nhỏ. Các hạt nhỏ này là tương đối đặc và ánh sáng không thể đi sâu vào trong mây trước khi nó bị phản xạ ra ngoài, tạo cho mây có màu đặc trưng là màu trắng. Khi mây dày hơn, các giọt có thể liên kết lại để tạo ra các giọt to hơn, sau đó khi đủ lớn, chúng rơi xuống đất như là mưa. Trong quá trình tích lũy, không gian giữa các giọt trở nên lớn dần lên, cho phép ánh sáng đi sâu hơn nữa vào trong mây. Nếu như mây đủ lớn, và các giọt nước đủ xa nhau, thì sẽ có rất ít ánh sáng mà đã đi vào trong mây là có khả năng phản xạ ngược trở lại ra ngoài trước khi chúng bị hấp thụ. Quá trình phản xạ/hấp thụ này là cái dẫn đến một loạt các loại màu khác nhau của mây, từ trắng tới xám và đen.

Các màu khác xuất hiện tự nhiên trong mây. Màu xám ánh lam là kết quả của tán xạ ánh sáng trong mây. Trong quang phổ, màu lam và lục là có bước sóng tương đối ngắn, trong khi đỏ và vàng là có bước sóng dài. Các tia sóng ngắn dễ dàng bị tán xạ bởi các giọt nước, và các tia sóng dài dễ bị hấp thụ. Màu xám ánh lam là chứng cứ cho thấy sự tán xạ được tạo ra bởi các giọt nước có kích thước đạt tới mức độ tạo mưa có trong mây.

Những màu xấu được quan sát trước khi có những hiện tượng thời tiết khắc nghiệt. Màu ánh lục của mây được tạo ra khi ánh sáng bị tán xạ bởi nước đá. Các đám mây cumulonimbus có màu ánh lục là dấu hiệu của mưa to, mưa đá, gió mạnh và có thể là vòi rồng.

Màu mây ánh vàng hiếm hơn, nhưng có thể diễn ra trong các tháng từ cuối mùa xuân đến đầu mùa thu do cháy rừng. Màu vàng có lẽ tạo ra do sự hiện diện của khói.

Mây đỏ, da cam, hồng xảy ra chủ yếu vào lúc bình minh hay hoàng hôn, và chúng là kết quả của sự tán xạ ánh sáng của khí quyển. Mây tự bản thân nó không có những màu này, chúng chỉ phản xạ các tia sóng dài (không tán xạ) của ánh sáng là những bước sóng chính trong khoảng thời gian đó. Buổi chiều trước khi có vòi rồng ở Edmonton, Alberta năm 1987, người dân Edmonton đã quan sát thấy màu đỏ về phía mặt trời của các đám mây và màu đen thẫm về phía tối của chúng. Trong trường hợp này, ngạn ngữ "bầu trời đỏ buổi đêm, thủy thủ vui sướng" (red sky at night, sailor's delight) là hoàn toàn sai.

Gần đây, người ta nhận ra hiện tượng sự mờ toàn cầu được cho là sinh ra bởi sự thay đổi hệ số phản xạ ánh sáng của các đám mây do sự có mặt ngày càng tăng của các hạt treo lơ lửng và các loại hạt khác trong khí quyển.

• Khoa học mây
• Albedo mây
• Gốc mây
• Dạng mây
• Sương mù
• Sự ngưng tụ
• Vòi rồng
• Bão
• Gió mùa
• Mưa
• Mưa dông

• Australia Severe Weather: cloud classification system Lots of photos. Click on the thumbnail to get a bigger image.
• Chitambo Clouds – Clouds and other meteorological phenomena Lưu trữ 2010-01-07 tại Wayback Machine - photographs and information on different types of clouds