Czerwone duszki i zielone chmury - o kolorach w pogodzie

Dlaczego niebo jest czerwone?

Z tym kolorem na pewno kojarzą się ogniste zachody słońca, którym uroku nierzadko dodają widowiskowo oświetlone chmury. Czerwień jest wynikiem intensywnego rozpraszania światła słonecznego na cząsteczkach powietrza (a dokładnie azotu i tlenu), co jest nazywane rozpraszaniem Rayleigha.

Niebieska składowa światła jest rozpraszana dużo mocniej niż czerwona. W ciągu dnia światło słoneczne przechodzi przez znacznie cieńszą warstwę powietrza niż wieczorem, dlatego niebo wokół słońca jest wtedy lekko niebieskie – błękit dociera do nas od cząsteczek powietrza rozpraszających wiązki o tej barwie.

Natomiast wieczorem, z powodu przechodzenia światła słonecznego przez coraz grubszą warstwę atmosfery, wszystkie składowe światła od fioletu po zieleń są już tak mocno rozproszone, że do obserwatora docierają jedynie składowe żółte, pomarańczowe i czerwone. Stąd właśnie zachody słońca stają się tym bardziej czerwone, im bliżej horyzontu znajduje się tarcza słoneczna.

Innym fenomenem związanym ze wspomnianym kolorem są tak zwane „czerwone duszki” (ang. red sprites), które należą do grupy zjawisk określanej jako TLE (ang. Transient Luminous Event). Są to bardzo krótkie błyski przypominające chmarę błyskawic występujące nad kowadłami dojrzałych chmur burzowych. Ich obserwacja jest bardzo trudna, ponieważ wymagana jest duża odległość od komórki burzowej (150-200 km) i dość czyste niebo przed nią. W dodatku występują one stosunkowo rzadko, ponieważ powstają najczęściej w wyniku uderzenia bardzo silnego dodatniego wyładowania atmosferycznego w ziemię. W trakcie uderzenia ładunek ujemny jest błyskawicznie transportowany z ziemi w górę chmury burzowej, skutkując powstaniem silnego pola elektrostatycznego między ujemnie naładowanym wierzchołkiem chmury, a dodatnio naładowanymi cząsteczkami znajdującymi się w górnej atmosferze (50-100 km nad ziemią). Następuje wyładowanie neutralizujące powstałe napięcie, wskutek czego dochodzi do jonizacji atmosfery i pobudzenia cząsteczek powietrza, które zaczynają emitować światło o barwie odpowiadającej widmu emisyjnemu atomu tlenu – w przypadku pobudzenia cząsteczki tlenu – lub azotu – w przypadku pobudzenia cząsteczki azotu. Jako że powietrze w tej warstwie składa się głównie z azotu, błyski mają kolor czerwony, który przy wierzchołku chmury przechodzi w kolor niebieski – jest to związane z różnym kolorem emisji światła przez atom azotu przy różnym ciśnieniu atmosferycznym.

Dlaczego piorun ma żółty kolor?

Czy zastanawiałaś/zastanawiałeś się kiedyś jakiego koloru są błyskawice? Zapewne na pierwszą myśl przychodzi kolor biały, ewentualnie niebieski lub różowy. Faktycznie, są to najczęstsze kolory piorunów (a dokładnie ich poświat), które wynikają z właściwości otaczającego je powietrza. Białą poświatę przyjmują błyskawice w suchym powietrzu lub te, które uderzają blisko obserwatora. Kolor niebieski oznacza obecność gradu w chmurze burzowej, natomiast kolor różowy jest wynikiem obecności dużej ilości deszczu wokół wyładowania.

Jednakże niewiele osób zdaje sobie sprawę z tego, że pioruny mogą mieć także żółtą poświatę. Mamy z nią do czynienia w przypadku obecności dużej ilości pyłów w powietrzu, na przykład po wietrznym dniu nad suchymi, piaszczystymi terenami lub w przypadku dużej ilości smogu w atmosferze. Sam miałem w swoim życiu tylko jedną okazję do ich obserwacji na wczasach w Chorwacji.

Dlaczego chmura burzowa ma zielony kolor?

Kolejny kolor i kolejne zjawisko związane z burzami. Tym razem pod lupę weźmiemy barwę chmury burzowej, w szczególności jej rdzenia opadowego. Zwykle jest ona po prostu szara, ewentualnie lekko błękitna, lecz zdarza się, że chmura przyjmuje złowieszczy, zielonkawy kolor.

W internecie można obejrzeć mnóstwo nagrań wideo z takimi właśnie komórkami burzowymi, które często okazują się przynosić bardzo gwałtowne zjawiska takie jak grad, silny wiatr czy nawet trąby powietrzne. Wzmianka o „zieloniutkiej” chmurze pojawiła się nawet w filmie Twister z 1996 roku. Z czego wynika ten kolor? Często spotykam się ze stwierdzeniem, że jest to zwiastun gradobicia. Nie jest to do końca prawda. Zielona barwa chmury burzowej pojawia się późnym popołudniem oraz wieczorem i jest wynikiem mieszania się błękitnej składowej światła odbijanej przez ścianę deszczu (i nierzadko gradu) oraz żółtej, tudzież pomarańczowej składowej światła pochodzącej od zachodzącego słońca.

Kolor niebieski

Powracamy do grupy TLE, o której wspomniałem przy okazji opisywania czerwonych duszków. Kolejne zdarzenie zachodzące w wyższych warstwach atmosfery to tak zwane „błękitne smugi” (ang. blue jets). Warunki do ich powstania są takie same jak dla czerwonych duszków, lecz nie są one związane z wyładowaniami doziemnymi. Powstają w wyniku samodzielnego rozładowania pola elektrostatycznego powstałego między ujemnym ładunkiem zgromadzonym na szczycie chmury a dodatnim ładunkiem znajdującym się w mezosferze. Tak jak i w przypadku czerwonych duszków, powietrze ulega jonizacji, a pobudzone cząsteczki azotu emitują światło niebieskie, gdyż ciśnienie na tej wysokości jest wyższe niż na wysokości, na której występują czerwone duszki. Smugi mają kształt wąskiego odwróconego stożka i sięgają wysokości 50 km nad ziemią. Trwają bardzo krótko, zaledwie kilka dziesiątych sekundy.

Jak widać, przyroda obfituje w niezwykle wyjątkowe i barwne zjawiska. Istnieje jeszcze szereg innych, kolorowych fenomenów takich jak na przykład zielony błysk lub iryzacja. Niektóre z nich zdarzają się tak rzadko i są tak trudne do obserwacji, że wiele osób nie ma pojęcia, że takowe istnieją.

Michał Belniak, Pogoda 24/7