一朵数百吨重的云，为何能漂浮在空中，这违背科学原理吗？

本文参加小编 #科学了不起# 系列征文赛。

有网友邀答：一朵云重量500吨，为何不会掉下来？

我的回答是：当然，这一点也不违背科学道理。

这是因为云朵体量很大，密度低。

一朵云总量500吨，不知这位朋友是怎么算出来的。如果是假设，就必须把这朵云的体积也假设一下，这样我们就能够算出这朵云的密度，就好判断了。

现在我们来假定，这位朋友说的这朵500吨的云，如果有1km^3(1立方公里)体积，也就是有1km长，1km宽，1km高。1km^3等于1000000000m^3，这样我们就可以得出这朵云平均每立方米重量为0.0005kg，也就是密度为0.5g/m^3。

我们知道，一般来说，密度越大的物质，同等体积大小就越重，就越往下沉；反之就会上浮。这是一般的科学常识。云是在空气中漂浮的，空气在海平面的1个大气压强下，密度为1.293kg/m^3，而这朵云的密度为0.0005kg/m^3，是空气的1/2586，因此这朵云有什么理由不飘在空气之上呢？

密度随着海拔高度变小。

当然，空气密度是随着海拔升高气压、温度变化而变化的，距离地面越高，密度越小，在10km高空，温度约为-50℃，空气密度只有约0.4135kg/m^3。即便这样，其密度也还比水蒸气要大数百倍。而水蒸气的密度是随着温度上升而增加的，也就是说温度越低，水蒸气密度越低，在万米高空，水蒸气只会比空气密度小。

事实上，云的密度并没有这么小，也就是说那500吨重的云一般都没有1km^3这么大体积。因为饱和水蒸气在100℃时的密度约为0.6kg/m^3，而0摄氏度只有0.0048kg/m^3，因此水蒸气在高空0℃以下时，虽然比前面说的密度大了些，但比空气密度还是小了百倍以上，因此无论如何，水蒸气都会浮在空气之上。

云是水蒸气凝结成的小水滴组成。

地面水分遇热被蒸发的水蒸气，上升到高空遇到冷空气，就凝结成小水滴。云就是由这些细小的水滴组成的。当然这些小水滴很小很小，水蒸气的颗粒只有0.0004um，小水滴也只是um级，就像我们遇到大雾天，在雾中看到的水滴那么大，甚至还要小。

云有高中低三种，一般来说低云发生在海拔2000m高空左右，有小水滴组成；中云发生在海拔2000~6000m之间，由过度冷却的水滴组成；高云发生在6000米以上，由小冰晶组成。

刚形成的云是白色的，由最小的水滴组成，随着空气对流碰撞，水珠渐渐变大了，就变成乌云了，因此很厚的乌云当空，就快要下雨了。

云只会在对流层形成。

对流层是地球大气最低一个层次的称呼，平均海拔高度约11km，在地球赤道上空高度可达17km，而在地球两极只有8~9km。这是由于地球自转离心力导致的。由于地球引力作用和温度变化，对流层集中了75%以上的大气质量和90%的水汽。

随着距离海拔高度升高，由于空气越来越稀薄，气温会越来越低，据监测，每升高1000米，平均气温约下降6.49℃。因此，水蒸气在上升中就会不断被冷凝成小水滴变成云层停留下来，这样，90%以上的水蒸气就在对流层被截留了。少量的水蒸气上升到更高空中，已经形不成云彩，因此风雨雷电、冰雹雪花就都是发生在对流层。

由于在大气中充满了细小的尘埃，这尘埃成为水蒸气凝结的核心，如果没有尘埃，水蒸气就不会或很难凝结。所以不要嫌弃尘埃，没有尘埃很可能就没有生命和人类呢。在高空中，水蒸气受冷凝结在尘埃上成为小水滴，这些小水滴就形成了云朵漂浮在空中。

风雨雷电、冰雹雪花的由来。

太阳照射到地面上，形成暖空气上升，在暖空气的烘托下，云中的小水滴们往上升，遇到冷空气又下降，这样上下翻飞相互碰撞，水滴凝结得越来越大，最终空气托举不住水滴重量，就掉落下来，这就是下雨了。

在强烈对流天气，冷暖空气对流得很厉害，就会刮大风，而在云层中，热空气就会把珠冲向更高寒的高空，被冻成了冰珠子，上下反复层层凝结，冰粒子不断加厚加大，最终就变成冰雹砸落下来。因此冰雹都是在极端对流天气发生，而且把冰雹剖开来，会看到一层层洋葱式结构。

在激烈的对流天气，水滴上下翻飞摩擦生电，这些电荷积聚在云中，形成不同的云层之间，或地面与云层之间正负不同的电荷，这些电荷只有相互释放才能够形成平衡，于是发生了剧烈的放电现象，放电发出光和热，炙烤空气发生膨胀炸裂，这就是电闪雷鸣的由来。

冬天阳光不强烈，地面气温低，这种强烈对流天气很少，云层比较温和，因此就极少产生电荷，就很少打雷；而由于气温寒冷，前面描述云中上下水滴凝聚的下雨过程，就变成了冰晶凝结过程，落下的就是冰粒子或雪花了。

这就是包含巨大质量的云朵能够在天上漂浮的原因，也是各种气候发生的一般常识。