Самые высокие облакоподобные образования Земли находятся не в тропосфере, где формируется погода, а в мезосфере примерно на высоте 80–85 километров. Это серебристые, или noctilucent clouds, которые видны в глубоких сумерках как тонкие голубовато-белые волны.
Но слово «облако» объединяет здесь очень разные физические среды. Обычные Cirrus состоят из ледяных кристаллов в верхней тропосфере, перламутровые облака возникают в холодной полярной стратосфере, а серебристые — почти у мезопаузы, где давление в миллионы раз ниже наземного. Сравнивать их лучше не только по высоте, но и по механизму образования.
Обычные высокие облака всё ещё принадлежат погодной тропосфере
Cirrus, Cirrostratus и Cirrocumulus называют облаками верхнего яруса. Их высота зависит от широты и сезона: тропопауза над тропиками располагается выше, чем у полюсов. Эти облака состоят преимущественно из кристаллов льда и участвуют в обычной атмосферной циркуляции и радиационном балансе.
Кучево-дождевые облака могут пробивать вершиной к тропопаузе и иногда создавать overshooting tops выше основного слоя наковальни. Но даже впечатляющая грозовая башня остаётся существенно ниже мезосферных серебристых облаков.
Перламутровые облака поднимают облачность в стратосферу
Nacreous clouds — яркие полярные стратосферные облака, обычно возникающие примерно на высотах 15–30 километров при чрезвычайно низких температурах. Маленькие частицы дают эффектную иризацию, особенно когда Солнце находится ниже горизонта.
Они красивы, но имеют и химическое значение. Поверхности частиц полярных стратосферных облаков ускоряют реакции, которые переводят хлорсодержащие соединения в формы, способные разрушать озон после возвращения солнечного света. Поэтому их изучают не только фотографы, но и специалисты по стратосферной химии.
Серебристые облака держат высотный рекорд
Noctilucent clouds, или polar mesospheric clouds, формируются примерно в районе 80–85 километров, обычно летом на высоких широтах. Там атмосфера очень разрежена, но температура около мезопаузы может быть чрезвычайно низкой, позволяя водяному пару замерзать на микроскопических ядрах конденсации.
Они становятся видимыми после захода Солнца, когда нижняя атмосфера уже находится в тени, а высокая мезосфера ещё освещена. Отсюда название «светящиеся ночью». Светлая сетчатая структура на тёмном сумеречном небе — один из лучших способов отличить их от обычной перистой облачности.
Почему выше 100 километров слово «облако» становится спорным
В верхней атмосфере встречаются слои частиц, следы метеоров и свечения, но их обычно не относят к метеорологическим облакам. Для облака нужны конденсированные частицы в атмосфере, образующие наблюдаемую структуру; на больших высотах плотность газа и доступность конденсируемого вещества резко уменьшаются.
Полярное сияние находится значительно выше — часто примерно от ста километров и далее, — но это не облако. Его свет создают возбуждённые атомы и молекулы верхней атмосферы после столкновений с энергичными частицами магнитосферы. Визуальная «занавесь» не означает наличие капель или кристаллов.
Высота помогает понять физику атмосферы
Облако существует там, где температура, давление, водяной пар и аэрозоль позволяют частицам конденсироваться и сохраняться. Поэтому переход от Cirrus к nacreous и noctilucent — это переход между тремя разными атмосферными режимами. Одно и то же вещество, лёд, возникает в совершенно разных условиях.
Высоту определяют спутниковыми наблюдениями, лидарами, стереосъёмкой и геометрией освещения. Именно измерение, а не внешний вид, позволяет назвать серебристые облака самыми высокими: тонкая светлая полоса у горизонта может визуально казаться рядом с обычными облаками, хотя физически разделена с ними десятками километров.
Серебристые облака чувствительны к состоянию верхней атмосферы. Для образования нужны очень низкая температура, немного водяного пара и ядра конденсации, которыми могут служить частицы метеорного происхождения. Их сезонность поэтому связана с необычной циркуляцией мезосферы: полярная летняя мезопауза, вопреки интуиции, становится особенно холодной.
Наблюдения noctilucent clouds используют и как диагностический инструмент. Изменения яркости и распространения могут отражать динамику мезосферы, водяной пар и долгосрочные изменения атмосферы, но превращать каждый яркий сезон в прямой «индикатор глобального потепления» слишком упрощённо. На высоте 80 километров действуют свои циркуляционные и химические связи.
Температурный профиль атмосферы объясняет, почему высота облаков не растёт плавно. В тропосфере температура в среднем падает с высотой, затем в стратосфере снова растёт из-за поглощения ультрафиолета озоном, а в мезосфере вновь снижается. Поэтому подходящие условия для льда возникают отдельными «окнами». Серебристые облака существуют у очень холодной мезопаузы, а не являются обычными облаками, случайно поднявшимися выше.
