Jak działa grad i skąd się bierze grad?
Grad to zjawisko meteorologiczne polegające na opadzie bryłek lodu, zwanych gradzinami, które powstają w chmurach burzowych typu cumulonimbus. Choć często towarzyszy mu burza, sam grad stanowi niezależne zjawisko fizyczne i można go wytłumaczyć bez odwoływania się do innych aspektów atmosferycznych.
Aby zrozumieć, jak powstaje grad, należy zacząć od budowy chmury cumulonimbus oraz od procesów zachodzących w jej wnętrzu. Chmury te charakteryzują się bardzo dużą rozpiętością pionową – mogą sięgać nawet kilkunastu kilometrów w górę. W ich wnętrzu panują bardzo silne prądy wstępujące, które unoszą krople wody na znaczne wysokości. Tam, gdzie temperatura spada poniżej zera stopni Celsjusza, drobne kropelki zaczynają zamarzać, tworząc zarodki lodowe.
Pierwszym etapem formowania gradu jest więc powstanie małych cząsteczek lodu. Te cząsteczki nie spadają od razu na ziemię, ponieważ są unoszone przez silne prądy wstępujące. Wznosząc się i opadając w obrębie chmury, przechodzą przez warstwy bogate w przechłodzoną wodę – to znaczy wodę w stanie ciekłym, mimo że jej temperatura jest niższa niż 0°C. Kiedy zarodek lodowy zetknie się z taką wodą, dochodzi do procesu zwanym akrecją – krople natychmiast zamarzają na powierzchni lodowego jądra, powiększając jego rozmiar.
Im silniejsze są prądy wstępujące, tym dłużej gradzina krąży w chmurze, przechodząc przez kolejne warstwy z przechłodzoną wodą i zwiększając swoje rozmiary. Każda warstwa, przez którą przechodzi, tworzy nową warstwę lodu – dlatego w przekroju poprzecznym gradziny można zauważyć koncentryczne warstwy, podobnie jak w przekroju pnia drzewa.
Kiedy gradzina osiągnie taki rozmiar, że siła grawitacji przeważy nad siłą prądów wstępujących, zaczyna spadać w dół i uderza o powierzchnię ziemi jako opad gradu. Typowe gradziny mają średnicę od kilku milimetrów do kilku centymetrów, ale w ekstremalnych przypadkach mogą osiągać nawet kilkanaście centymetrów i powodować znaczne szkody.
Ważnym elementem warunkującym powstawanie gradu jest również obecność jąder kondensacji – drobnych cząsteczek pyłu, soli lub zanieczyszczeń atmosferycznych, wokół których może rozpocząć się proces zamarzania. Bez nich utworzenie zarodków lodowych byłoby znacznie trudniejsze.
Podsumowując, grad powstaje w wyniku wielokrotnego zamrażania przechłodzonej wody wokół lodowych jąder w chmurach cumulonimbus. Proces ten zachodzi dzięki silnym prądom wstępującym, które unoszą i zawracają cząsteczki lodu, umożliwiając ich stopniowe powiększanie aż do momentu, gdy staną się zbyt ciężkie, by utrzymać się w chmurze. Nie jest to zjawisko przypadkowe ani proste – grad wymaga bardzo specyficznych warunków termicznych i dynamicznych, aby mógł się rozwinąć.
