云为什么会浮在高空处（为什么云能浮在空中）

云是地球上最优美的景观。

云来自哪里？它来自地球表面的水。海洋、湖泊、河流、潮湿的地面、树木的水汽蒸发，包括我们人体都会时刻蒸发出水蒸气。水蒸发时我们是看不见的，它是水的气态，只有当水蒸气遇冷凝结在一起组成一个一个的分子团时，它折射和反射光，我们才能看到小水滴。

云就是由数以亿计的小水滴和小冰晶组成的，它们折射和反射光线，于是我们就看见了云。

美丽的云

我们都知道水比空气重得多，云既然是水组成的，云层中有数以吨计的水，为什么它能漂浮在空中呢？

前面说了，水蒸气是水的气体形态。液态水是由许多水分子通过相互间氢键的作用结合成分子团，而当水蒸发时，水分子会脱离出来，变成一个个独立的分子，分子与分子之间保持着距离。

水的摩尔质量为18.02g / mol，而在标准温度和压力下，空气的平均分子量为28.57g / mol。空气的摩尔质量比水要大的多，为什么会这样？

水的摩尔质量比空气小

我们知道，干燥空气中含有约78％的氮气（N₂_），21％的氧气（O₂）和1％的其它气体。氮的原子量为14，氮气由两个氮原子组成，所以氮气的分子量为28，同样的，氧气的分子量为32。水分子的分子式是H₂O，它是由一个氧原子与两个氢原子组成，水分子的分子量只有18。因此空气的摩尔质量比水大。

水分子、氮气分子与氧气分子

纯水蒸气每升重约0.598克，而一升空气重约1.27克，空气比水蒸气要重多了。水蒸气比空气更轻，因此它会上升，并且与空气相混合。混合了水蒸气后的空气不仅变得潮湿，它的摩尔质量也降为28.51g / mol，所以潮湿的空气比干燥的空气轻，它会继续显现上升状态。

当潮湿空气上升到距离地面很远的高空时，空气的温度会越来越低，这是因为地面的热辐射逐渐减少的缘故。于是空气中的水分子相遇，它们的氢键会发生作用，水分子会凝聚在一起，形成极微小的水滴。水滴的密度比空气大，于是它就会慢慢地往下掉。

相较于重量来说，小水滴的表面积很大，它下降的速度很慢，大约以1厘米/秒的速度往下飘。与此同时，更多的水分子加入会使小水滴向外散热，这会在水滴周围形成一层热的空气层，热空气层会像一个小小的热气球一样托着小水滴上升。

不可见的水蒸气形成可见的云

水就是这么神奇：当从液态转化为气态时，它会吸收热量，所以汗液的蒸发会让我们感觉到凉快；反过来，当水从气态转为液态时，它会散发热量。

当大量潮湿的空气在高空遇冷，就会形成数以亿计的小水滴，这些小水滴在高空浮沉，同时下方不停有上升的温暖空气托着它们，云层看起来就比较稳定。而当低空的温度比较低时，潮湿空气中的水分子也会在低空凝结起来，这就是我们通常所说的雾。云是高空的雾，雾是低空的云，性质一样，叫法不同而已。

雾是低至地面的云

根据形成机制和形态的不同，云分许多种：有卷云、卷层云、卷积云、高积云、高层云、积云、层积云、积雨云、雨层云和雾等等。

各种形态的云

由暖气流上升形成的云被称为“对流云”。由于空气不断上升堆积，这些云可能在顶部颠簸，有时产生非常高的厚云，看起来像棉花或花椰菜头。夏天的的时候，我们经常可以看到对流云的形成，积云基本都属于对流云，层云则属于非对流云。

对流云团形成

在对流云团中，小水滴在遇冷下降的过程中不断被下方的暖湿气流推高，在高空冷却后再度下降，下降的过程中吸收更多的水分子，并且与其它的水滴结合成更大的水滴，当水滴的重量大到下方暖湿气流再也推不动时，水滴就形成降雨降落下来。

云中的水滴倾泻而下，形成大雨

如果下方的暖湿气流很强，它可以将云层中的小水滴推到更高的高度，这里的温度更低，水滴会凝冻成为冰晶，冰晶在反复下降和上升的过程中与其它水滴结合逐渐形成更大的冰核，冰核的大小取决于上升空气的强度，并最终掉落地面形成冰雹。这就是为什么冰雹灾害通常在天气温暖的时候多发的原因之一。

地面的水会因为温度上升和风的作用蒸发到空中，水蒸汽比空气更轻，因此混合了水蒸汽的潮湿空气比干燥空气更轻，潮湿空气会上升。当潮湿空气上升到高空温度下降时，水蒸气会凝结成小水滴，天上的云主要是由冷却的小水滴组成的。

云层中的小水滴会因为热交换和下方暖气流的推动不断在空中起落很长时间，当水滴不断变大时，它会掉落地面形成降雨。地球上水的循环主要就是依靠云层的运输和降水完成的。

地球水循环