Skyernes udtryksformer III.

Andre kunne bekræfte Couliers teori om, at vanddamp er tilbøjelig til at kondensere omkring små støvpartikler. Efter omfattende undersøgelser bestemte den skotske fysiker og meteorolog John Aitken kilderne til det støv, som er nødvendig for at danne skyer og tåge. »Alt i naturen, som er med til at opløse materialer i små dele, yder sit bidrag,« skrev han i 1881. »Efter al sandsynlighed er skumsprøjtet fra havet, efter at det er tørret ud, og kun det fine saltstøv er tilbage, måske en af de vigtigste kilder.« Han omtalte også vulkansk støv, fortættede luftarter og resterne efter forbrænding. »Herudfra kan man iagttage, at det ikke er de synlige støvkorn, som ses i luften, der bliver til kerner af tåge eller skypartikler. Tåge og skykernerne er en meget finere form for støv. Da de er usynlige og alligevel altid til stede i vor atmosfære i enorme mængder, er deres betydning næsten altid upåagtet.«

Disse partikler er også uendelig små. De mindste af dem, aitkenkernerne, har fået navn efter deres udforsker. De er så små, at der kan presses 5000 af dem ind i 1 kubikcentimeter. De større af dem er ikke meget tykkere end hinden på en sæbeboble, og selv de såkaldte kæmper er kun 1/10 så brede som et menneskehår. Hvis disse partikler ikke fandtes i luften, ville skyer og regn have en fuldstændig anderledes karakter. Luften ville være overmættet med vanddamp, uden at der viste sig skyer. Fra tid til anden ville der pludselig opstå massive skydannelser, og ødelæggende skylregn ville piske mod jorden. Der ville stort set aldrig forekomme mild regn.

Selv med den nye viden om, at der dannes vanddråber og derfor også skyer af støvpartikler, var stadig et led i vandets kredsløb uforklarligt. Hvordan blev skyer til regnskyer, Luke Howards nimbuskategori, med dråber, der var tilstrækkelig store og tunge til at falde på jorden? Almindelige regndråber er 15 millioner gange større end en skydråbe. På vejen nedefter antager de form som miniaturehamburgere. Tegneseriernes pæreformede regndråber eksisterer ikke i naturen. Man formodede, at de små dråber blot voksede, men ingen, der havde tilstrækkelig viden om regndråbernes faktiske størrelse og bevægelser, kunne udtale sig autoritativt om deres opståen.

I 1911 fremsatte den tyske meteorolog Alfred Wegener, denne geniale tænker, der siden med sin teori om kontinentaldriften skabte en revolution inden for geologien, en teori, som tidligere tiders forskere ville have opfattet som helt usandsynlig. Han gik ud fra, at næsten al regn begynder i form af is.

To forhold fik Wegener til at tænke i disse baner. Vand kan underafkøles, dvs. afkøles til under dets frysepunkt, uden at det bliver til is, og is tiltrækker vanddamp. Denne tiltrækning hænger sammen med, at vanddamptrykket nær is er lavere end nær vand. Hvis iskrystaller og vanddråber er tæt sammen i en fugtighedsladet luftblanding, forlader de hurtigere bevægende og flydende vandmolekyler dråberne ved fordampning og bevæger sig mod det lavere vanddamptryk  og isen.

På denne baggrund fremsatte Wegener en teori om skyers fysik, hvorved det sidste problem omkring regndråben blev løst. Han sagde, at skyer, som stiger til stor højde, ofte indeholder både iskrystaller og underafkølede vanddråber, og han antog, at iskrystaller i en sådan blanding uundgåeligt vil vokse på bekostning af vanddråberne, indtil iskrystallerne er tunge nok til at falde ned mod varmere områder, hvor de bliver til regn.

I et årti forblev Wegeners antagelse blot en interessant teori, men så blev den underbygget af en svensk forsker. Under et ferieophold 1922 i de norske skove lagde et medlem af den berømte bergensiske meteorologiske skole, Tor Bergeron, mærke til, at tåge opførte sig forskelligt ved forskellige temperaturer. Når temperaturen befandt sig over frysepunktet, dalede tågen helt ned til jorden. Men når temperaturen faldt til flere grader under frysepunktet, forblev luften klar i op til 1 m over jordoverfladen. Med Wegeners teori i baghovedet gik Bergeron ud fra, at isen på træerne virkelig havde trukket tågedråberne til sig og opslugt dem.

Efter en halv snes års intense studier meddelte Bergeron i 1933, at alle regndråber med en diameter på mere end 500 mikroner, svarende til smådråberne i fin tåge, begynder som ispartikler. Han havde opdaget, at disse partikler kun begynder at dannes, når skytemperaturerne falder til under + 10° C. Over denne temperatur forbliver de i flydende tilstand, selv når de underafkøles. Om sommeren findes der i højder på 35 km temperaturer, som er lave nok til krystaldannelser. For at der kan fremkaldes nedbør, må skyer enten bygges op til disse højder eller dannes af iskrystaller, som falder fra højere cirrusskyer. Om vinteren er luften i troposfæren over de mellemste breddegrader ofte kold nok til krystaldannelser ved endnu lavere højde. Så længe de befinder sig i underafkølede omgivelser, vokser krystallerne hurtigt, idet de absorberer vanddamp fra underafkølede vanddråber, hvorefter de begynder at falde og undervejs opsluger flere smådråber. I de fleste tilfælde vil krystallerne samles til snefnug, som enten falder intakte på jorden eller smelter undervejs og bliver til regn.

Skønt meteorologerne nu ved, at der findes undtagelser, tror de stadig, at denne iskrystalliseringsproces kan forklare hovedparten af nedbøren i verden ved de mellemste breddegrader, og de har fundet frem til nye enkeltheder ved denne proces. Selv ved underafkølede temperaturer er de mikroskopiske dråber, for små til at kunne fryse. For at der skal kunne dannes krystalstrukturer skal de flydende vandmolekyler optræde i en bestemt orden. De fleste dråber er så små og indeholder så få frit flydende væskemolekyler, at der kun er en lille chance for, at molekylerne opnår den nødvendige gruppering, selv ved meget lave temperaturer. Undertiden dannes der ikke sammenhængende krystalstrukturer, før temperaturen nærmer sig  40° C. Under denne temperatur vil alle vandmolekyler fryse, og de luftagtige molekyler, damp, krystalliserer uden overhovedet at passere væskestadiet. Denne proces kaldes sublimation.

Ligesom dråber dannes rundt om støvpartikler, vil dråberne fryse hurtigere, når en særlig form for partikler, de såkaldte frysningskerner, er til stede. Disse partikler, især støvet fra visse lerarter, har en krystallinsk opbygning ligesom is, og underafkølede vandmolekyler har ved kontakt let ved at efterligne deres struktur. De krystalliserer til is. Når der først er dannet nogle krystaller, blandes vandmolekylerne med isen, og krystalliseringsprocessen accelereres.