Только самому невнимательному путнику общий вид неба может показаться относительно неизменным, да и то лишь на первый взгляд. Даже при простом, только чуть более внимательном наблюдении, а еще лучше при ускоренной киносъемке, ясно видны значительные возмущения в атмосфере, непрерывное движение и перемешивание, как в море, бушующем от ветра. Облака располагаются ярусами, на разной высоте. А так как скорость ветра на разной высоте неодинакова, то и скорость движения облаков тоже разная. Иногда получается так, что в одном месте (но в различных ярусах) облака движутся в противоположные стороны.

Каково же строение облаков, населяющих небосвод нашей планеты? Они представляются нам в виде то легкой дымки, то комков ваты, то зубчатых башен или гор. Одинаково ли строение облаков такого разнообразного вида? Человек испокон веков связывал облака и дождь, который выпадал из этих облаков. Он понимал, что чем темнее и плотнее тучи, тем скорее они должны прорваться и разразиться благотворными или губительными потоками. Обобщая очевидную связь между следствием и причиной, люди никогда не сомневались в том, что облака состоят из воды. Ученые ясно представляли себе, что «пузырьки пара» могут летать и удерживаться в воздухе, подобно мыльным пузырям, которые дети выдувают из соломинки. Представить, что полная капелька не падает, казалось почти невозможным. Но везикулярная (то есть пузырьковая) теория была отвергнута, потому что для объяснения световых явлений – радуги или короны, наблюдаемых в облаках, надо было признать, что в облаках есть настоящие капли или капельки.

В 1850 году английский физик Дж. Г. Стокс доказал, что очень маленькие сферические тела диаметром менее 0,02 миллиметра падают с очень малой скоростью. Знакомый закон ускорения свободного падения тел неприменим к сферическим частицам такого размера как капли, составляющие облака. Средний радиус облачных капелек - 5 микрон, такие капельки падают со скоростью менее 1 миллиметра в секунду, то есть меньше чем на 1,3 метра за полчаса. Вот почему облака почти не «падают». Считается, что число капелек в различных облаках изменяется примерно от 50 до 500 в кубическом сантиметре. Диаметры капель при этом колеблются от 2 до 200 микрон. Капля диаметром в 200 микрон – это дождевая капля, вернее, капля мороси.

Подсчитав вес облака, невольно поражаешься тому, что у нас над головой свободно плавают тысячи, а то и миллионы тонн воды! «Молодое» кучевое облако в стадии формирования, основание которого равно 1 квадратному километру, а высота – 2 тысячи метров, заключает в себе, по меньшей мере, 1 тысячу тонн воды. А грозовое кучево-дождевое облако тех же размеров может содержать от 50 до 360 тысяч тонн воды. В кучевом облаке хорошей погоды, находящемся в стадии зарождения, или в густом тумане с незначительным вертикальным развитием, содержится всего несколько сотен литров воды, а в мелких изолированных облачках других видов – еще меньше.

Теперь нам предстоит объяснить, почему облака порой долго остаются устойчивыми, по какой причине только из некоторых облаков выпадает дождь, а иногда вдруг с безоблачного неба внезапно падают крупные капли дождя. Прежде всего, как ни парадоксально это может казаться, в атмосфере вообще не должно было бы существовать облаков, если бы воздух был идеально чистым. Водяной пар, если он чистый, состоит из отдельных молекул, которые вполне могут свободно перемещаться в тех же условиях, что и молекулы воздуха. Они рассеиваются в атмосфере, пробираясь между молекулами кислорода или азота, неизбежно сталкиваясь друг с другом. Какому наименьшему количеству молекул водяного пара присуща свойства жидкой воды? Физики отвечают: 100 – 1000 молекулам. Следовательно, самая маленькая капелька, какую можно себе представить, будет иметь в диаметре 0,002 микрона, и, если бы она могла существовать, в ней содержалось бы всего 130 молекул воды. Возможность столкновения в атмосфере двух молекул водяного пара, конечно, есть. Рассчитывать на одновременное столкновение хотя бы десяти молекул – это почти то же, что верить в чудо. Но, к счастью, здесь на сцену выступает новый фактор – примеси, загрязняющие воздух и играющие роль центров, или ядер для конденсации. Они то и являются той основой, которая выполняет функцию аккумулятора. Молекулы пара, по мере их столкновения с этой грязью в воздухе, удерживаются, и происходит конденсация в истинном смысле этого слова. По существу, ядро конденсации – это ловушка для молекул водяного пара, которые, будучи схваченными, могут при определённой влажности удерживаться и представлять собой зародыш жидкой фазы во влажном воздухе. Атмосфера при любой заданной температуре не может содержать больше молекул водяного пара, чем позволяет упругость пара, соответствующая насыщению. Как только предел превышен, избыточные молекулы пара настоящей лавиной, тысячами и даже сотнями тысяч, осаждаются на ближних, наиболее «восприимчивых» ядрах конденсации. Таким образом, за какую-нибудь долю секунды образуется капелька. А на расстоянии 1 – 2 миллиметра от неё, на другом благоприятном зародыше, происходит подобный процесс. И вот, когда достигнуто состояние насыщения, рождается облако.

В общем-то, природа устроила неплохо, снабдив атмосферу, помимо газов, массой загрязняющих примесей. Но не диаметр ядер конденсации, по существу, определяет роль, которую им предстоит сыграть. Особенно важно сродство их поверхности с водой. Их капиллярная структура и присутствие гигроскопичных солей (в основном морского происхождения) также делают их «ловушками для воды» еще даже до насыщения воздуха водяным паром. Наиболее эффективные ядра – те, которые улавливают водяной пар еще до насыщения, они состоят целиком из остатков соленых брызг, сорвавшихся с поверхности океанов.