Pilvi – määritelmä, muodostuminen ja rooli veden kiertokulussa

Pilvi on ilmakehässä (taivaalla) olevaa vesihöyryä, joka on tiivistynyt hyvin pieniksi vesipisaroiksi tai jääkiteiksi, jotka näkyvät näkyvinä muotoina tai muodostelmina maanpinnan yläpuolella. Pilvet voivat olla hyvin ohuita ja höyhenenkaltaisia tai tiheitä ja tummia, riippuen vesipisaroiden ja jääkiteiden määrästä sekä niiden koosta.

Maapallon vesi haihtuu (muuttuu näkymättömäksi kaasuksi) ja nousee taivaalle. Ylempänä, missä ilma on kylmempää, vesi tiivistyy: se muuttuu kaasusta vesipisaroiksi tai jääkiteiksi. Näemme nämä vesipisarat pilvinä. Pisarat putoavat takaisin maahan sateena, minkä jälkeen vesi haihtuu jälleen. Tätä kutsutaan "veden kiertokuluksi".

Ilmakehässä on aina jonkin verran vesihöyryä. Pilviä muodostuu, kun ilmakehä ei enää pysty pidättämään kaikkea näkymätöntä ilmahöyryä. Kaikki vesihöyry tiivistyy hyvin pieniksi vesipisaroiksi.

Lämpimässä ilmassa on enemmän vesihöyryä kuin viileässä ilmassa. Jos lämmin ilma, jossa on paljon vettä, jäähtyy, se voi muodostaa pilven. Näillä tavoilla ilma voi jäähtyä niin paljon, että se voi muodostaa pilviä:

• kun aurinko lämmittää maanpinnan lähellä olevaa ilmaa ja se nousee kylmempään ilmanalaan.
• Säärintamien varrella lämpimämpi ilma jäähtyy, kun se törmää kylmempään ilmaan;
• kun ilma nousee vuoren rinnettä ylöspäin, se jäähtyy noustessaan korkeammalle;
• kun lämmin ilma kulkee jonkin kylmemmän kohteen (esimerkiksi järven viileän veden) tai yöllä jäähtyneen maanpinnan yli, se jäähtyy.

Pilvet eivät ole raskaita. Pilvessä olevan veden massa voi olla useita miljoonia tonneja. Pilven jokaisessa kuutiometrissä (m3) on vain noin 5 grammaa vettä. Pilvipisarat ovat myös noin 1000 kertaa raskaampia kuin haihtunut vesi, joten ne ovat paljon ilmaa raskaampia. Ne eivät putoa, vaan pysyvät ilmassa, koska raskaampien vesipisaroiden ympärillä on lämmintä ilmaa. Kun vesi muuttuu kaasusta pisaroiksi, syntyy lämpöä. Koska pisarat ovat hyvin pieniä, ne "tarttuvat" lämpimään ilmaan.

Joskus pilvet näyttävät auringonnousun tai -laskun aikaan loistavan värisiltä. Tämä johtuu ilmassa olevista pölyhiukkasista.

Miten pilvet muodostuvat tarkemmin

Pilvien muodostuminen edellyttää kolmea perusasiaa: kosteutta (vesihöyryä), jäähtymistä ja pieniä hiukkasia, joille vesihöyry voi tiivistyä. Nämä hiukkaset tunnetaan kondensaation ytiminä (esim. pöly, suolahiukkaset tai pienet partikkeleita). Kun ilma jäähtyy kastepisteeseen tai sen alapuolelle, vesihöyry alkaa tiivistyä näille ytimille muodostaen pieniä vesipisaroita tai kylmemmässä ilmassa jääkiteitä.

Pilvilajit ja korkeustasot

Pilviä luokitellaan sekä ulkonäön että korkeuden mukaan. Yleisiä päätyyppejä ovat:

• Cirrus (höyhenpilvet) – ohuet, kuitumaiset pilvet korkealla (yleensä yli 6 km); koostuvat jääkiteistä.
• Cumulus (kasespilvet) – pörröiset, sylinterimäiset pilvet, jotka usein muodostuvat konvektion seurauksena.
• Stratus (kerrospilvet) – laajat, tasaiseen peittoon levittäytyvät pilvet, jotka voivat tuottaa sumua tai heikkoa sadetta.
• Nimbostratus – laajat ja paksut sadepilvet, jotka tuottavat jatkuvaa sadetta tai lumisadetta.
• Cumulonimbus – voimakkaat ukkospilvet, jotka voivat sisältää ukkosta, salamointia, rakeita ja voimakkaita tuulia.

Pilvet jaetaan usein myös korkeustasojen mukaan: matalat (0–2 km), keskitason (2–6 km), korkeat (>6 km) sekä pystysuunnassa voimakkaasti kehittyvät pilvet (esim. cumulonimbus).

Pilvien rooli veden kiertokulussa ja ilmastossa

Pilvet ovat keskeisiä veden kiertokulussa: ne kuljettavat vettä ilmakehän sisällä ja palauttavat sen maahan sateena, lumena tai rakeina. Pilvet vaikuttavat myös ilmastoon kahdella pääasiallisella tavalla:

• Heijastamalla osan auringon säteilystä takaisin avaruuteen (albedovaikutus), mikä voi jäähdyttää paikallista ilmastoa.
• Välittämällä lämpösäteilyä maasta avaruuteen ja osa pilvistä vangitsee maanläheistä lämpöä ( kasvihuonevaikutus), mikä voi lämmittää ilmakehää.

Pilvien kokonaisvaikutus ilmastoon riippuu pilvien tyypistä, korkeudesta, peittävyydestä ja partikkelikoon muutoksista.

Pilvien vaikutukset käytännön elämään

• Sääennusteet ja meteorologia: pilvien tunnistaminen auttaa ennustamaan sadetta, ukkosia ja näkyvyyttä.
• Ilmailu: tiheät pilvet ja ukkoset aiheuttavat turbulenssia ja näkyvyyden heikkenemistä, minkä vuoksi lentoliikenne seuraa pilvitilannetta tarkasti.
• Maatalous: pilvet vaikuttavat lämpötiloihin ja sadantaan, mikä heijastuu kasvien kasvuun.

Turvallisuus ja varoitukset

Tietyt pilvityypit, erityisesti cumulonimbus-pilvet, voivat olla vaarallisia: niissä esiintyy salamointia, kovaa sadetta, rakeita ja kovia tuulia. Ukkosrintaman lähestyessä on syytä hakeutua suojaan ja välttää avoimia paikkoja.

Miksi pilvet voivat näyttää värikkäiltä

Pilvien värit auringonnousun ja -laskun aikaan syntyvät valon sironnasta ja taittumisesta ilmakehässä. Pienet hiukkaset ja pöly sekä aerosolit muuttavat valon kulkua: lyhytaaltoinen sininen valo siroutuu helpommin ja pitkäaaltoinen punainen ja oranssi valo leviää paremmin, minkä vuoksi pilvet voivat hehkua lämpiminä väreinä. Myös pilven paksuus ja etäisyys auringosta vaikuttavat värisävyihin.

Miten voit havaita ja seurata pilviä

Pilvien havainnointi onnistuu yksinkertaisesti katsomalla taivaalle ja oppimalla perusmuodot. Sään seuraamiseen voi käyttää säätiedotuksia, tutkakuvia ja satelliittikuvia, jotka kertovat pilvikerroksista, niiden liikkeestä ja mahdollisesta sateesta. Pilvien seuraaminen on hyödyllistä jokapäiväisessä sääsuunnittelussa ja ulkoilun ajoittamisessa.

Yhteenvetona: pilvet ovat näkyvä ja jatkuvasti muuttuva osa ilmakehää. Ne syntyvät, kun vesihöyry tiivistyy jääkide- tai vesipisara-ytimille jäähdyttyään, ja niillä on suuri merkitys niin paikalliseen säähän kuin koko maapallon ilmastoon.

Pilviluokitus

Pilvet luokitellaan sen mukaan, miltä ne näyttävät ja kuinka korkealla pilven pohja on taivaalla. Tätä järjestelmää ehdotettiin vuonna 1803. Pilviä on erilaisia, koska ilma, jossa ne muodostuvat, voi olla liikkumatonta tai liikkua eteenpäin tai ylös ja alas eri nopeuksilla. Hyvin paksut pilvet, joissa on tarpeeksi suuria vesipisaroita, voivat aiheuttaa sadetta tai lunta, ja suurimmat pilvet voivat aiheuttaa ukkosta ja salamointia.

Pilviä on viisi perusperhettä niiden ulkonäön perusteella:

• Cirrus-pilvet ovat korkeita ja ohuita. Ilma on hyvin kylmää korkealla, joten nämä pilvet koostuvat vesipisaroiden sijasta jääkiteistä. Cirrus-pilviä kutsutaan joskus tammanhänniksi, koska ne näyttävät hevosen hänniltä.

• Stratuspilvet ovat kuin litteitä lakanoita. Ne voivat olla matalia pilviä (stratus), keskitason pilviä (altostratus), korkeatasoisia pilviä (cirrostratus) tai paksuja monikerroksisia pilviä, jotka muodostavat sadetta tai lunta (nimbostratus).

• Stratocumulus-pilvet ovat rullamaisia tai aaltoilevia. Ne voivat olla matalia pilviä (stratocumulus), keskitason pilviä (altocumulus) tai korkeatasoisia pilviä (cirrocumulus).

• Cumulus-pilvet ovat pöhöttyneitä ja pieniä, kun ne muodostuvat ensimmäisen kerran. Ne voivat kasvaa kasaumapilviksi, joiden pystysuora ulottuvuus on kohtalainen (nimessä ei ole mitään lisäystä), tai niistä voi tulla tornimaisia pystysuoria pilviä (towering cumulus).

• Cumulonimbus-pilvet ovat hyvin suuria cumulus-tyyppisiä pilviä, joihin yleensä muodostuu cirrus-pilviä ja joskus muita piirteitä, jotka antavat niille oman ainutlaatuisen ulkonäkönsä.

Seuraavassa on yhteenveto tärkeimmistä pilvityypeistä sen mukaan, kuinka korkealle ne muodostuvat:

Korkean tason pilvet

Korkeat pilvet muodostuvat kylmillä alueilla 10 000-25 000 jalan (3 000-8 000 m) korkeudessa, leudoilla alueilla 16 500-40 000 jalan (5 000-12 000 m) korkeudessa ja erittäin kuumilla tropiikin alueilla 20 000-60 000 jalan (6 000-18 000 m) korkeudessa. Ne ovat liian korkeita ja ohuita tuottamaan sadetta tai lunta.

Korkean tason pilviä ovat:

• Cirrus (Ci)
• Cirrocumulus (Cc)
• Cirrostratus (Cs)

Keskitason pilvet

Keskipilvet muodostuvat yleensä 2 000 metrin korkeudessa kylmemmillä alueilla. Ne voivat kuitenkin muodostua jopa 8 000 metrin korkeuteen tropiikissa, jossa on hyvin lämmintä ympäri vuoden. Keskipilvet koostuvat yleensä vesipisaroista, mutta niissä voi olla myös jääkiteitä. Ne tuottavat satunnaisesti sadetta tai lunta, joka yleensä haihtuu ennen maanpinnan saavuttamista.

Keskitason pilviä ovat:

• Altocumulus (Ac)
• Altostratus (As)

Matalan tason pilvet

Matalat pilvet näkyvät yleensä maanpinnan tasolta aina 2 000 metrin korkeuteen asti. Matalat pilvet koostuvat yleensä vesipisaroista, ja ne voivat toisinaan tuottaa hyvin kevyttä sadetta, tihkusadetta tai lunta.

Matalan tason pilviä ovat:

• Stratocumulus (Sc)
• Stratus (St)

Kun hyvin matala kerrospilvi koskettaa maata, sitä kutsutaan sumuksi.

Kohtalaisen pystysuorat pilvet

Nämä ovat keskipaksuja pilviä, jotka voivat muodostua missä tahansa lähellä maanpintaa ja jopa 3000 metrin korkeudessa. Keskitason cumulus-pilvien nimeen ei ole lisätty alttoa. Näiden pilvien huiput ovat yleensä korkeintaan 6 000 metriä (20 000 ft) korkealla. Pystysuorat pilvet aiheuttavat usein sadetta ja lunta. Ne koostuvat enimmäkseen vesipisaroista, mutta kun ne työntyvät ylöspäin kylmien korkeampien kerrosten läpi, niissä voi olla myös jääkiteitä.

Kohtalaisen pystysuoria pilviä ovat:

• Cumulus (Cu)
• Nimbostratus (Ns)

Tornimaiset pystysuorat pilvet

Nämä pilvet ovat hyvin korkeita, ja niiden huiput ovat yleensä yli 6 000 metrin korkeudessa. Ne voivat aiheuttaa voimakkaita sade- ja lumisateita. Cumulonimbus-pilvet, kaikista suurimmat pilvet, voivat myös aiheuttaa ukkosmyrskyjä. Nämä pilvet koostuvat enimmäkseen vesipisaroista, mutta hyvin suurten cumulonimbus-pilvien huiput koostuvat usein enimmäkseen jääkiteistä.

Tornimaisia pystysuoria pilviä ovat mm:

• Tornimaiset kumulukset (Tcu)
• Cumulonimbus (Cb)

Kohtalaisen pystysuuntaisten kumulusten pilvimaisema Swifts Creekin yllä, Victoria, Australia.


Taivas, jolla cirrus-pilvet (vasemmalla) muuttuvat cirrostratus-pilviksi (keskellä oikealla) ja jossa on hieman cirrocumulus-pilviä (ylhäällä oikealla).

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on pilvi?

K: Miten pilvi muodostuu?

Kysymys: Kuinka raskaita pilvet ovat?

K: Miksi jotkut pilvet näyttävät kirkkaita värejä auringonnousun tai -laskun aikaan?

K: Mitä tapahtuu sateen pudottua takaisin maahan?

K: Mikä pitää pilvet ilmassa leijumassa?

Hae kirjaimella