ТЕМА ЗАНЯТТЯ: ХМАРИ. ТИПИ ХМАР

Мета заняття: дати поняття про те, що таке хмари, як вони утворюються, розвинути навички спостереження за хмарами, складання описів і порівняння виконаних описів з офіційними назвами типів хмар.

Стислий огляд: діти знайомляться із тим, що таке хмари, за допомогою простих дослідів спостерігають утворення хмар; спостерігають за хмарами, роблять замальовки і описують їх форму – спочатку своїми словами, однак поступово переходячи до вживання наукових термінів. Вони змінюють свої описи відповідно до стандартної класифікації, застосовуючи таблиці хмарності, згідно яких хмари поділяються на 10 різних типів. Кожен учень готує свій особистий довідник характеристик хмар, який застосовує разом з таблицею хмарності.

Тривалість: 3 год.

Рівень підготовки: будь-який.

Основні концепції: хмари класифікуються за їх висотою та зовнішнім виглядом, а також характеристикою опадів.

Навички:

•      спостереження за хмарами,  опис їх зовнішнього вигляду;

•      ідентифікація десяти основних типів хмар;

•      визначення висоти хмар;

Прилади та матеріали:

•      матеріали для проведення експериментів(скляна банка, лід, гаряча вода, сірники, аерозоль (лак для волосся або освіжувач повітря), резинова  рукавиця, ліхтарик, темний кольоровий папір);

•      таблиця хмарності;

•      щоденник спостережень;

•      довідник із зображенням хмар;  камера для отримання зображень хмар.

ХІД ЗАНЯТТЯ

1. Розповідь про утворення хмар в природі у супроводі відео.

Хмари утворюються вранці, коли Сонце уже значно пригріває землю і теплі струмені повітря починають підніматися. Поступово з них утво-

рюється могутній потік нагрітого повітря, яке, потрапляючи в розріджені шари атмосфери, починає розширятись і внаслідок цього охолоджуватись. На певній висоті, близько 1-2 км, повітря охолоджується настільки, що водяна пара, яка знаходиться в ньому, перетворюється в дрібні краплинки води, які дуже швидко збільшуються. Але коли діаметр їх стає трохи більший за 0,02 мм, збільшення припиняється. 

Утворення великих крапель відбувається внаслідок злиття маленьких при їх стиканні. Проте, для того, щоб краплинка виросла до розміру дощової, необхідна хмара завтовшки в кілька кілометрів. Тоді вершина хмари буде знаходитись в зоні мінусових температур і в ній, крім краплинок води, будуть утворюватися льодові кристали — сніжинки, що швидко збільшуються в розмірі та вазі за рахунок краплинок води. Крім того, падаючи крізь хмару, сніжинки зустрічаються з переохолодженими краплинками води, що намерзають на них, і збільшуються до розмірів, при яких сніжинки починають випадати з хмар. Пролітаючи крізь теплі шари повітря, сніжинки розтають і досягають поверхні Землі у вигляді дощу. Якщо ж повітря холодне — випадає сніг.

Відомо, що чим нижча температура повітря, тим менше воно може утримувати в собі водяної пари. Тому, якщо при піднятті повітря сильно охолоне, може настати такий момент, коли в ньому буде лишок водяної пари, яка негайно ж перетвориться в дрібненькі краплинки води. Окремо таку краплинку можна і не побачити, але якщо їх утворюється багато, близько 200—500 в 1 см³, вони стають видимими — на небі з’являється хмара. 

Згущення (конденсація) водяної пари при охолодженні в водяні краплинки можна спостерігати щодня. Наприклад, невидима водяна пара, виходячи з чайника, де кипить вода, на деякій відстані від носика перетворюється у видимі клубки з краплинок. Але не завжди водяна пара перетворюється в краплинки. Так, англієць Вільсон, проводячи досліди в камері, ніяк не міг добитися цього, незважаючи на те, що значно охолоджував повітря. Виявилося, справа була в тому, що для дослідів вчений використав очищене повітря. Це привело вченого до висновку, що конденсація водяної пари в краплинки відбувається на дуже дрібних частках, які одержали назву ядер конденсації. Ядра конденсації можуть утворитися при сильному вітрі, і особливо під час бурі, з димів, що потрапляють у повітря з заводів, фабрик, паровозів, пароплавів, шахт, рудників та ін.

Вулканічний та космічний пил також можуть поповнювати запаси ядер конденсації. 

Але найбільша кількість їх утворюється під час штормів на морях і океанах. Під час сильних вітрів утворюються величезні морські хвилі, з вершин яких вітер відриває маленькі краплинки морської води і піднімає на значну висоту. Там ці краплини випаровуються, і соляні залишки стають ядрами конденсації. Радянський вчений Р. І. Грабовський показав, що при випаровуванні морської води, яка має в своєму складі різноманітні солі, спочатку відбувається кристалізація солей одного хімічного складу, потім другого і т. ін. Ось чому в атмосфері утворюються ядра конденсації з солей різноманітного хімічного складу. Таким чином, після ґрунтовних досліджень стало відомо про походження ядер конденсації, їх розмір та ін. Найбільш активними ядрами конденсації є гігроскопічні речовини, тобто речовини, які легко розчиняються в воді. 

Хмарність належить до найважливіших елементів погоди. Так, при загальній характеристиці погоди часто зазначають лише хмарність (похмуро, ясно і т. ін.) або стан опадів, які безпосередньо пов’язані з хмарами (сухо, дощ, морось, тощо). 

В атмосфері бувають різні хмари. їх форми безмежно різноманітні – від густого туману, що облягає хвилями поверхню землі, до тонких блискучих смужок, які плавають на великій висоті. Різні форми хмар являють собою ніби зовнішній вияв складних атмосферних процесів. Стежачи за виникненням і розвитком хмар; за їх послідовною зміною, можна скласти уявлення про стан атмосфери та процеси, що в ній відбуваються [1].

2.     Наочний експеримент по утворенню хмар (додаток 1)

Давайте спробуємо «побачити» як утворюються хмаринки за допомогою простих дослідів. Оберіть один із наведених нижче.

Всі ці експерименти імітують процеси формування хмар в небі. Хмара в небі з’являється, коли краплі води прилипають до найменших часточок пилюки, диму, попелу чи солі.

3.     Складання особистих довідників характеристик хмар

Це може бути звичайний зошит чи альбом. Для кожного типу хмар діти відводять окрему сторінку. Хмари можна замальовувати або ж вклеювати фото чи вирізки із журналів тощо (див. мал. 1 та додаток 2). 

Мал. 1. Вигляд сторінки довідника характеристики хмар

Під    час       виконання      практичної     роботи            учням доручається ідентифікація десяти найпоширеніших типів хмар. Назви типів хмар, що застосовуються, описують їх форму, висоту, на якій вони розташовані,

та наявність або відсутність опадів, пов'язаних з хмарами того чи іншого типу.

Відомо три основні типи хмар:

•      купчасті;

•      шаруваті;  перисті.

                   Купчасті (cumulus)                  Шаруваті (stratus)                       Перисті (cirrus)

Хмари розрізняються за висотою, на якій вони розташовані (при цьому висотою хмари вважається висота її основи). У назвах хмар, які знаходяться на великій висоті (понад 6000 м), застосовується слово «перисті»:

•      перисті хмари;  перисто-купчасті хмари;

•      перисто-шаруваті хмари.

                           Перисті                                Перисто-шаруваті                        Перисто-купчасті

                             Cirrus                                        Cirrostratus                                 Cirrocumulus

Назви хмар, які знаходяться на середній висоті (від 2000 до 6000 м), є складними словами з першою частиною «високо-»:  висококупчасті хмари;

•      високошаруваті хмари.

У назвах хмар, що розташовані низько (на висоті менше ніж 2000 м), застосовуються слова «шаруваті», «купчасті», «дощові»:

•      шаруваті хмари;

•      шарувато-дощові хмари;

•      купчасті хмари;

•      шарувато-купчасті хмари;

•      купчасто-дощові (грозові) хмари.

Шаруваті Шарувато-купчасті Купчасті Stratus Stratocumulus Cumulus

          Шарувато-дощові                      Купчасто-дощові                         Купчасто-дощові

                 Nimbostratus                    Cumulonimbus (здалеку)               Cumulonimbus (знизу)

 Незважаючи на те, що основи купчастих та кутасто-дощових хмар можуть знаходитися на висоті менше ніж 2000 м, зазвичай їх товща є достатньою для того, щоб верхні частини цих хмар знаходилися на рівні високих або навіть перистих хмар. У таких випадках їх називають «вертикально розповсюдженими хмарами». Перистими бувають лише найвищі хмари, тому назва «перисті хмари» вживається на означення хмар, розташованих вище за інші. Опади випадають з хмар, у назвах яких застосовується слово «дощові».

Під час ідентифікації хмар відповідно до офіційної класифікації корисно пам'ятати декілька речей.

Витягнуті рівними розрідженими смугами хмари того

або іншого типу, які знаходяться високо в небі, завжди називають перистими. Якщо перисті хмари мають хвилясту або вихрову структуру, вони звуться перисто-купчастими. Якщо такі хмари утворюють безперервні шари, що досягають великої висоти, вони звуться перисто-шаруватими.

Назви хмар, які досягають середньої висоти, є складними словами з першою частиною «високо-». Якщо вони мають шарувату структуру, їх називають високошаруватими. Якщо вони відрізняються хвилястою або вихровою структурою, їх називають висококупчастими.

Хмари, що утворюються на невеликій висоті (менше 2000 м), належать до купчастих або шаруватих. Купчасті хмари мають «скуйовджений», «збитий» вигляд, шаруваті — вкривають значну частину неба рівними тонкими шарами.

Темні низькі хмари, що мають загрозливий вигляд, з яких фактично і випадають опади, називаються дощовими. Шарувато-дощові хмари вкривають усе небо широкими смугами; їх поява супроводжується безперервним і тривалим дошем. За розмірами шарувато-дощові хмари більші по горизонталі, ніж по вертикалі. З шарувато-дощових хмар, як правило, випадають дощі малої (мряка) або помірної інтенсивності, причому на великій території та протягом тривалого часу. 

Купчасто-дощові хмари відрізняються темною основою й «скуйовдженою» верхньою частиною; форма цих хмар, що звуться також грозовими, часто нагадує ковадло. З таких хмар переважно випадають зливи, які, як правило, супроводжуються громом та блискавками.

Визначення висоти купчастих хмар Cumulus Clouds

Визначення висоти шаруватих хмар Stratus Clouds

*шукайте підказки у сонця (але ніколи не дивіться прямо на сонце!)

4.     Заключна частина

На закріплення пройденого матеріалу запропонуйте учням зіграти в гру «Гра в хмари»

Підготуйте набір з двадцяти карток.  На десяти картках має бути назва одного з типів хмар. На другий десяток карток потрібно наклеїти фотографію або малюнок хмар одного з десяти типів (додаток 3). 

Варіант гри 1.Пари учнів складають свої картки разом, лицевою стороною донизу. Партнери по черзі перевертають по дві картки, намагаючись знайти відповідні пари: назви та фотокартки (малюнка) певного типу хмари. Гра продовжується, доки усі пари карток не будуть знайденими. Переможцем вважається той, хто знайшов найбільшу кількість відповідних пар.

Варіант гри 2.Ділимо дітей на дві команди. Перша команда показує фото хмар, а друга команда – показує картку із назвою. Потім команди обмінюються картками і ще раз грають по тим же правилам. Виграє та команда, яка вгадала найбільше типів хмар.

Підсумок

На сьогоднішньому занятті ми дізнались, що таке хмара,  за допомогою практичних експериментів змогли побачити процес формування хмар та туману. Вивчили основні типи та види хмар. Такі знання допоможуть вам вести кваліфіковані фенологічні спостереження за хмарним покривом в майбутньому.

ДОДАТОК 1

Експерименти по утворенню хмар

ВАРІАНТ 1. Хмара в скляній банці

ВАРІАНТ 2. Хмара за допомогою аерозолю 

ВАРІАНТ 3. Хмара в пластиковій пляшці 

ДОДАТОК 2 Визначник хмарного покриву

ДОДАТОК 3

ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ:

1.       Волеваха М.М. Погода на замовлення. – К.: Наукова думка, 1964. – 48 с. Джерело: https://collectedpapers.com.ua/weather_on_request/yak-utvoryuyutsya-xmarita-tumani ;

2.       Вербицький В. В., Михальський Л. О. Програма GLOBE (глобальне вивчення і спостереження з метою поліпшення довкілля). Посібник для вчителів. – К.: СМП «АВЕРС», 2001 р.

3.       Офіційна сторінка програми GLOBE в Україні: https://nenc.gov.ua/globe/  

4.       Как сделать облако в бутылке. Електронний ресурс. Режим доступу: https://ru.wikihow.com/