Кіріспе
Атмосфералық бұлттар туысы Cirrus (бұлт жіктелуінің символы: Ci) – мұз кристалдарынан тұратын жоғары қабаттағы бұлттар туысы. Cirrus бұлттары әдетте нәзік, жіңішке жіптерден құралған, ақ түсті болып көрінеді. Cirrus бұлттары көбінесе жылы, құрғақ ауаның жоғары көтерілуінен пайда болады, нәтижесінде су буы жоғары биіктіктегі тас немесе металл шаң бөлшектеріне шоғырланады. Жер бетінен теңіз деңгейінен жоғары, әлемнің кез келген жерінде пайда бола береді, көбінесе тропиктерде биік, ал полярлық аймақтарда төмен орналасады. Cirrus бұлттары найзағайлар мен тропикалық дауылдардың үстінен қалыптасады және кейде жаңбыр немесе дауылдың жақындап келуін болжай алады. Жаңбыр мен дауылдың алда келе жатқанын көрсететін белгі болғанымен, Cirrus бұлттарының өзінен мұз кристалдарының жаууынан басқа ештеңе күтпеуге болады. Бұл кристалдар жылырақ және құрғақ ауа арқылы төмен түскенде ыдырайды, еріп, буланып кетеді және ешқашан жерге жетпейді. Cirrus бұлттары жерді жылытады, бұл климаттың өзгеруіне әсер етуі мүмкін. Жердің жылынуы Cirrus бұлттарының көбеюіне алып келуі мүмкін, бұл өздігінен күшейе түсетін процеске ұласуы ықтимал. Cirrus бұлттарындағы мұз кристалдарымен жарықтың өзара әрекеттесуінен күншеңдер мен гало сияқты оптикалық құбылыстар пайда болуы мүмкін. Cirrus сияқты екі жоғары қабаттағы бұлт бар: цирростратус және циррокумулус. Цирростратус бұлт жапыраққа ұқсас, ал циррокумулус бұлт кішкентай бұлттардың жиынтығынан тұратын өрнекке ұқсайды. Cirrus және цирростратус бұлттарынан айырмашылығы, циррокумулус бұлттарында судың қатып суытылған (нөл градустан төмен) тамшылары бар. Cirrus бұлттары Марс, Юпитер, Сатурн, Уран және Нептун атмосферасында, сондай-ақ Сатурнның ірі серіктерінің бірі – Титанның атмосферасында пайда болады. Осы ғарыштық Cirrus бұлттарының кейбіреулері аммиак немесе метан мұзынан тұрады, Жердегі Cirrus бұлттарындағы су мұзына ұқсас. Бір миллиметрдің мыңнан бір бөлігінен кіші шаң бөлшектерінен тұратын кейбір жұлдызаралық бұлттар да Cirrus деп аталады.
Cirrus (cloud classification symbol: Ci) is a genus of high cloud made of ice crystals. Cirrus clouds typically appear delicate and wispy with white strands. Cirrus are usually formed when warm, dry air rises, causing water vapor deposition onto rocky or metallic dust particles at high altitudes. Globally, they form anywhere between above sea level, with the higher elevations usually in the tropics and the lower elevations in more polar regions. Cirrus clouds can form from the tops of thunderstorms and tropical cyclones and sometimes predict the arrival of rain or storms. Although they are a sign that rain and maybe storms are on the way, cirrus themselves drop no more than falling streaks of ice crystals. These crystals dissipate, melt, and evaporate as they fall through warmer and drier air and never reach ground. Cirrus clouds warm the earth, potentially contributing to climate change. A warming earth will likely produce more cirrus clouds, potentially resulting in a self reinforcing loop. Optical phenomena, such as sun dogs and halos, can be produced by light interacting with ice crystals in cirrus clouds. There are two other high level cirrus like clouds called cirrostratus and cirrocumulus. Cirrostratus looks like a sheet of cloud, whereas cirrocumulus looks like a pattern of small cloud tufts. Unlike cirrus and cirrostratus, cirrocumulus clouds contain droplets of supercooled (below freezing point) water. Cirrus clouds form in the atmospheres of Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune; and on Titan, one of Saturn's larger moons. Some of these extraterrestrial cirrus clouds are made of ammonia or methane ice, much like water ice in cirrus on Earth. Some interstellar clouds, made of grains of dust smaller than a thousandth of a millimeter, are also called cirrus.
Құрылу
Сирр бұлттары әдетте жоғары биіктіктегі жылы, құрғақ ауа көтерілгенде пайда болады. Орташа цирр бұлтының биіктігі ендік төмендеген сайын артады, бірақ биіктік әрқашан тропопаузамен шектеледі. Цирр бұлттары құлау тесіктерінің (сондай-ақ "кавум" деп те аталады) ішінде де пайда болуы мүмкін. 65° солтүстік немесе оңтүстік ендіктерінде, полярлық аймақтарға жақын, цирр бұлттары орташа есеппен теңіз деңгейінен жоғары қалыптасады. Темір белдеуде, шамамен 45° солтүстік немесе оңтүстік ендікте, олардың орташа биіктігі теңіз деңгейінен жоғары көтеріледі. Тропиктік аймақтарда, шамамен 5° солтүстік немесе оңтүстік ендікте, цирр бұлттары теңіз деңгейінен орташа есеппен жоғарыда пайда болады. Жер шарында цирр бұлттары теңіз деңгейінен кез келген биікте пайда болуы мүмкін. Цирр бұлттарының қалыңдығы әртүрлі болып келеді. Олар жоғарыдан төменге дейін шағын, ал цирр бұлттарының қалыңдығы әдетте осы екі шектен аралықта болады, орташа қалыңдығы бар. Реактивті ағымдағы жылдам қозғалатын ауаның жолақтары – jet жолақтары, цирр бұлттарының жүздеген шақырымдық доғаларын құра алады. Цирр бұлттарының пайда болуына органикалық аэрозольдер (өсімдіктер өндіретін бөлшектер) мұз кристалдарының пайда болуына қосымша ядролық орталықтар ретінде әсер етуі мүмкін. Алайда, зерттеулер цирр бұлттары көбінесе тау жыныстары мен металл бөлшектерінде, емес органикалық бөлшектерде түзілетінін көрсетеді. Тропикалық циклонның биікке көтерілетін желдеріне цирр және циростраттың үлкен қалқаны ілесіп жүреді.
Күн күркірейді
Күн күркіреген кезде, олардың жоғарғы жағында тығыз цирр бұлттары пайда болуы мүмкін. Күн күркіреген кездегі кумулонимбус бұлт тік бойымен өскенде, ауа температурасы нөл градусқа жеткенде сұйық су тамшылары қатып мұзға айналады. Бұл бұлттың қапталда жайылуына себеп – тропопаузадағы температура инверсиясы, ол күн күркіреген кездегі жылы, ылғалды ауаның одан әрі көтерілуіне тосқауыл қойып, осылайша жалпақ бетін қалыптастырады. Тропиктік аймақтарда мұндай бұрқасынды дауылдар кейде қапталдарынан көп мөлшерде цирр бұлттарын шығарады. Биік атмосферадағы желдер бұл тығыз қабатты жел бағыты бойынша бірнеше километрге созылған қаптама тәрізді пішінге айналдырады.
Контрайлдар
Контрайл – реактивті қозғалтқыштан шығатын газдағы су буының қоршаған ауадан немесе газдың өзінен келген бөлшектерде конденсацияланып, қатып, көзге көрінетін із қалдыратын жасанды цирр бұлтының бір түрі. Газ шығару атмосферадағы табиғи мұз ядроларының жеткіліксіздігіне байланысты цирр бұлтының пайда болуына себеп болуы мүмкін. Жер атмосферасындағы цирр бұлтының жиілігі мен мөлшерінің артуына көбінесе авиациялық қозғалыстың ұлғаюы себеп деп саналады.
Болжамдауда пайдалану
Кездейсоқ, оқшауланған цирр бұлттары ерекше маңызға ие емес. Егер бұлт цирр кастелянус болса, онда жоғары биіктікте тұрақсыздық болуы мүмкін. Бұлттар тереңдеп, тарағанда, әсіресе олар цирр радиатус түріне немесе цирр фибратус түріне жататын болса, бұл әдетте ауа райы фронтының жақындап келе жатқанын көрсетеді. Егер бұл жылы фронт болса, цирр бұлттары цирростратусқа таралады, содан кейін қалыңдайды және альтокумул мен альтостратусқа төмендейді. Келесі бұлттардың тобы – жаңбыр жаудыратын нимбостратус бұлттары. Цирр бұлттары суық фронттың, дауылдық желінің немесе көпжасушалы найзағайдың алдында пайда болса, бұл олардың дауылдың үстінен (аanvil) ұшып келуіне байланысты, ал келесі келетін бұлттар – кумулонимбус бұлттары. 19-шы ғасырдың ортасы мен соңында синоптиктер осы цирр перделерін дауылдарды болжау үшін пайдаланды. 1870-ші жылдардың басында Гаванадағы Белен колледжінің президенті, Бенито Виньес әкесі, алғашқы дауыл болжау жүйесін жасады; ол негізінен бұлттардың қозғалысын пайдаланып болжамдар жасады. Ол бұлттарды сағат сайын таңғы 4-тен кешкі 10-ға дейін бақылап отырды. Осылай жеткілікті мәлімет жинағаннан кейін, Виньес дауылдардың жолын дәл болжауға кірісті; ол өзінің бақылауларын «Apuntes Relativos a los Huracanes de las Antilles» атты кітабында жинақтады, ол ағылшын тілінде «Practical Hints in Regard to West Indian Hurricanes» деп жарияланды.
Климатқа әсері
Циррус бұлттары Жердің 25% -ын (түнде тропиктерде 70% -ға дейін) жабады және жалпы жылыту әсеріне ие. Олар жұқа және мөлдір болғанда, бұлттар сыртқа шығатын инфрақызыл сәулелерді тиімді сіңіріп алады, ал кіретін күн сәулелерін аз ғана шағылыстырады. Циррус бұлттары қалың болған кезде, олар кіретін күн сәулесінің шамамен 9% -ын ғана қайтарады, бірақ шығып жатқан инфрақызыл сәулелердің 50% -ының қашуына кедергі келтіреді, осылайша бұлттардың астындағы атмосфера температурасын орташа есеппен 10 °C (18 °F) -ға көтереді – бұл жылыжай эффекті деп аталатын процесс. Дүниежүзі бойынша орташа есеппен бұлт пайда болуы жер бетіндегі температураның 5 °C (9 °F) төмендеуіне алып келеді, бұл негізінен қабатты-құмдық бұлттардың салдарынан туындайды. Климаттың өзгеруіне байланысты циррус бұлттары жиірек кездесуі мүмкін. Олардың жылыжай эффектісі күн сәулесінің шағылысуынан күшті болғандықтан, бұл өзін-өзі күшейтетін кері байланыс ретінде әрекет етеді. Адам қызметінен пайда болатын металл бөлшектері қосымша ядролық орталықтар ретінде әрекет етеді, бұл циррус бұлт жамылғысын арттырып, климаттың өзгеруіне одан әрі үлес қосады. Циррус бұлттарын жұқару көмірқышқыл газынан туындаған климаттық зиянды азайтуға бағытталған геоинженерлік тәсіл ретінде ұсынылған. Циррус бұлттарын жұқару жоғарғы тропосфераға бөлшектерді енгізу арқылы циррус бұлттарының мөлшерін азайтуды қамтиды. 2021 жылғы IPCC бағалау есебі циррус бұлттарын жұқарудың салқындату әсеріне сенімсіздікпен қарады, себебі түсінік шектеулі.
Бұлттың қасиеттері
Ғалымдар циррдің қасиеттерін бірнеше әдіспен зерттеді. Лидар (лазерлік радар) бұлттың биіктігі, ұзындығы және ені туралы өте дәл ақпарат береді. Баллондарда жүретін гигрометрлер цирр бұлтының ылғалдылығын өлшеуге мүмкіндік береді, бірақ бұлттың тереңдігін өлшеу үшін жеткілікті дәлдігі жоқ. Радарлық құрылғылар цирр бұлттарының биіктігі мен қалыңдығы туралы ақпарат береді. Тағы бір дерек көзі – «Стратосфералық аэрозоль және газ эксперименті» бағдарламасының спутниктік өлшеулері. Бұл спутниктер атмосферада инфрақызыл сәулеленудің қай жерде сіңірілетінін өлшейді, егер ол цирр биіктігінде сіңірілсе, онда сол жерде цирр бұлттары бар деп есептеледі. НАСА-ның орташа ажыратылуы бар бейнелеу спектрорадиометрі күндіз әртүрлі жиіліктегі шағылысқан инфрақызыл сәулеленуді өлшеу арқылы цирр бұлт жамылғысы туралы ақпарат береді. Түнде ол Жердің инфрақызыл сәулелерін байқап, циррдің қаптамасын анықтайды. Бұлт бұл сәулелерді жерге шашып, жер серіктеріне оның ғарышқа шаққан «көлеңкесін» көруге мүмкіндік береді. Ұшақтар мен жер бетінен алынған бақылаулар цирр бұлттары туралы қосымша ақпарат береді. Иондалған бөлшектерді массалық спектрометрмен талдау арқылы массасы мен құрамы анықталады. Бұл цирр бұлтында мұз кристалдарын пайда еткен ядролық тұқымның түрін анықтау үшін қолданылады. Бірақ олардың ұзындығы 0,01 миллиметрден бірнеше миллиметрге дейін жетеді. Түрлі өлшемдерде пайда болудан басқа, цирр бұлттарында мұз кристалдары әр түрлі пішінде кристалдануы мүмкін: қатты бағаналар, қуыс бағаналар, пластиналар, розеткалар және басқа да түрлі конгломерациялар. Мұз кристалдарының пішіні ауа температурасымен, атмосфералық қысыммен және мұздың толығуымен (шамамен салыстырмалы ылғалдылық 100%-дан асады) анықталады. Уыс аймақтардағы циррлер, әдетте, түріне қарай бөлінген әр түрлі мұз кристалл пішіндеріне ие. Бағаналар мен пластиналар бұлттың жоғарғы жағына шоғырланады, ал розеткалар мен конгломерациялар негізге жақын шоғырланады. Солтүстік Арктика аймағында цирр бұлттары тек бағаналардан, пластиналардан және конгломерациялардан тұрады, ал бұл кристалдар ең аз мөлшерден кем дегенде төрт есе үлкен болады. Антарктидада циррлер әдетте әдеттегіден әлдеқайда ұзын бағаналардан тұрады. 68 °C (90 °F) жоғары температурада цирр бұлттарының көпшілігі шамамен 100% салыстырмалы ылғалдылыққа ие (яғни олар қаныққан). Циррлер мұз үстіндегі салыстырмалы ылғалдылықпен 200%-дан аса алады. 68 °C-тан төмен температурада аз қаныққан және көп қаныққан цирр бұлттары көбірек болады. Көбірек толысқан бұлттар, жас циррлер болуы мүмкін.
Оптикалық құбылыстар
Цирр бұлттары Күн мен Айдың айналасындағы галолар сияқты бірнеше оптикалық құбылыстарды тудыра алады. Галолар бұлттардағы алтыбұрышты мұз кристалдарымен жарықтың өзара әрекеттесуінен пайда болады. Олардың пішіні мен бағытына байланысты аспанда ақ және түрлі-түсті сақиналар, доғалар мен дақтар пайда болуы мүмкін, соның ішінде күн иті, 22° гало және айналмалы доғалар. Айналмалы доғалар Күн көкжиектен 58° жоғары көтерілгенде ғана көрінеді, сондықтан жоғары ендіктегі бақылаушылар оларды көре алмайды. Көбінесе стратус сияқты сұйық судан тұратын бұлттармен байланысты болатын даңқ (glory) құбылысын цирр бұлттары сирек тудырады. Даңқ – бұл бақылаушының көлеңкесінің айналасында пайда болатын концентрлі, сәл түсті жарқыраған сақиналар жиынтығы, оны ең жақсы биік нүктеден немесе ұшақтан байқауға болады. Цирр бұлттары даңқты құрамындағы мұз кристалдары шар тәрізді болмағанда ғана тудырады. Зерттеушілер даңқтың пайда болуы үшін мұз кристалдарының ұзындығы 0,009 мм мен 0,015 мм аралығында болуы керек деп санайды.
Басқа бұлттармен байланысы
Циррустық бұлттар – жоғары қабаттағы бұлттардың үш түрінің бірі, олардың барлығына "цирро" префиксі қосылады. Қалған екі түрі – цирокумул және циростратус. Жоғары қабаттағы бұлттар әдетте 20000 футтан (6096 м) жоғарырақ қалыптасады. Цирокумул және циростратус бұлттары циррустық бұлттармен жиі байланысты болғандықтан, кейде оларды цирриформды бұлттар деп атайды. Олар аралық қашықтықта, 0,00 және көлеңке түсірмейді. Осы жамақтардың айтарлықтай өсуі жоғары биіктіктегі тұрақсыздықты көрсетеді және ауа райының нашарлауының алға жарғысын білдіруі мүмкін. Бұл бұлттар ұзаққа тозбайды және су буы мұз кристалдарына жинала бергенде, олар ақырында құлай бастап, жоғары қарайғы конвекцияны жояды, сондықтан циррустық бұлттарға айналады. Бұлт содан кейін таралып кетеді. Цирокумул бұлттары төрт түрге бөлінеді: стратиформис, лентикуляр, кастелянус және флоккус. Олардың құрамындағы су тамшыларының барлығы дерлік бірдей өлшемде болғанда, олардың түсі жанды болады.
Киростратус
Сиростратус бұлттары аспанда сүтті жылтыр ретінде көрінеді. Сиростратус екі түріне бөлінеді: фибратус және небулоза. Бұл бұлттар көбінесе гало құрайды, кейде галоның болуы ғана олардың бар екенін көрсетеді. Олар жылы, ылғалды ауаның өте биікке баяу көтерілуінен пайда болады. Жылы фронт жақындағанда, сиростратус бұлттары қалыңдайды және төмен түсіп альтостратус бұлттарын құрайды. Марс миссиясының соңында, "Феникс" қондырғысы Марстың солтүк полюсіне жақын жұқа бұлттарды анықтады. Бірнеше күн ішінде олар қалыңдап, төмендеп, ақырында қарға айналды. Жауын-шашынның жалпы мөлшері миллиметрдің бірнеше мыңнан аспады. Йорк университетінен Джеймс Уайтвей "жауын-шашын [Марстың] су айналымының бір бөлігі" деген қорытынды жасады. Бұл бұлттар Марс түнінде екі қабатта пайда болды: біреуі жер бетінен жоғары, екіншісі жер бетінде. Олар таңға дейін сақталды, содан кейін күннің ыстығынан еріді. Бұл бұлттардағы кристалдар 65 °C (-85 °F) температурада пайда болды және олардың пішіні шамамен 0,127 миллиметр ұзындығы және 0,042 миллиметр ені бар эллипсоидтарға ұқсас болды. Юпитерде циррус бұлттары аммиактан тұрады. Юпитердің оңтүстік экваторлық белдеуі жоғалғанда, Гленн Ортен бұл бұлттардың үстінде көп мөлшерде аммиак циррусы пайда болып, оны көруден жасырды деген гипотеза ұсынды. НАСА-ның "Кассини" ғарыш зонды Сатурндағы бұл бұлттарды және Сатурнның Титан серігіндегі жұқа су мұзынан тұратын циррустарды анықтады. Уранда метан мұзынан тұратын циррус бұлттары бар. Нептунның Ұлы Қара Дағының үстінде циррус болуы мүмкін жұқа, жіңішке бұлттар байқалды. Урандағыдай, бұл метан кристалдары болуы мүмкін. Жұлдызаралық циррус бұлттары микрометрден кіші шаң бөлшектерінен тұрады, сондықтан олар мұздан тұратын нағыз циррус бұлттары емес. Олардың көлденеңі бірнеше жарық жылынан ондаған жарық жылға дейін жетеді. Техникалық тұрғыдан циррус бұлттары болмаса да, шаң бұлттары Жердегі бұлттарға ұқсас болғандықтан "циррус" деп аталады. Олар инфрақызыл сәуле шығарады, Жердегі циррус бұлттарының ғарышқа жылуды шағылыстыруына ұқсас.