Awan biasa dapat menampung ratusan ton air

Awan kumulus saat cuaca cerah dapat menampung sekitar 500 ton metrik air cair jika volumenya kira-kira 1 km³. Perkiraan ini didapat dari sekitar 0.5 g air cair per meter kubik, dikalikan dengan seluruh volume awan; perkiraan berat awan dari Survei Geologi Amerika Serikat (dibuka di tab baru) menggunakan perhitungan semacam ini.

Jumlah itu terdengar seperti air yang siap jatuh. Namun, perkiraan ini menghitung air cair yang tersebar sebagai tetesan-tetesan kecil, bukan genangan atau massa padat. Sisa volume awan terdiri atas udara, dan udara itu turut menjelaskan mengapa tetesan tetap melayang.

Pertama, perkirakan volume awan

Bentuk awan memiliki puncak bergelombang dan dasar yang lebih rata, sementara tepinya memudar ke langit cerah. Untuk membuat perkiraan yang bisa digunakan, bayangkan awan kumulus saat cuaca cerah yang lebarnya sekitar 1 km, dalamnya 1 km, dan tingginya 1 km. Jika dianggap berbentuk kubus, volumenya kira-kira 1 km³, atau 1 miliar m³. Panduan awan dari Layanan Cuaca Nasional (dibuka di tab baru) menjelaskan bagaimana udara lembap yang naik membentuk awan.

Model ini menyederhanakan perbedaan di dalam awan: beberapa bagian mengandung lebih banyak tetesan daripada bagian lain, sementara tepi yang samar berbaur dengan udara di sekitarnya. Menerapkan kandungan air rata-rata pada seluruh volume membuat perhitungannya mudah dilakukan tanpa menyatakan bahwa setiap bagian awan tampak sama atau memiliki kandungan air yang sama.

Bentang sepanjang 1 km mudah dibayangkan jika dibandingkan dengan bangunan terkenal. Burj Khalifa menjulang setinggi 828 m (2,720 ft); jika menara itu ditempatkan di samping perkiraan lebar awan, tingginya belum cukup untuk mencapai sisi seberang. Bentang horizontal awan adalah hamparan luas di atas kepala, bukan menara yang berdiri di permukaan tanah.

Bentang alam juga memberi gambaran skala. Bukit Pasir Big Daddy menjulang setinggi 325 m (1,070 ft), sekitar 2.8 kali tinggi Hyperion, pohon redwood setinggi 116 m (380 ft). Siluet keduanya yang berbeda memudahkan kita membandingkan bentang awan selebar satu kilometer dengan ketinggian yang diukur dari permukaan tanah.

Kalikan volume dengan kandungan airnya

Model ini menetapkan sekitar 0.5 g air cair (dibuka di tab baru) untuk setiap meter kubik. Kalikan jumlah tersebut dengan 1 miliar m³ volume awan: 0.5 g/m³ × 1,000,000,000 m³ = 500,000,000 g. Jumlah itu setara dengan 500,000 kg, atau sekitar 500 ton metrik air cair.

Cara lain untuk mengikuti perhitungannya adalah membayangkan awan dibagi menjadi kubus-kubus yang panjang setiap sisinya 1 m. Setiap kubus hanya menyumbang setengah gram air, tetapi dalam model ini ada 1 miliar meter kubik. Jumlah kecil yang berulang di dalam volume yang sangat besar menghasilkan total yang besar.

Inilah metode dasar yang sama dengan yang digunakan dalam kiat membuat perkiraan: pilih volume, perkirakan jumlah yang terkandung dalam setiap satuannya, lalu kalikan. Hasilnya adalah perkiraan air cair saja. Udara yang mengisi ruang yang sama tidak ikut dihitung.

Awan juga mengandung udara dalam jumlah sangat besar

Di dekat permukaan laut, satu meter kubik udara bermassa sekitar 1.2 kg (dibuka di tab baru). Karena itu, 1 miliar m³ dalam model ini akan mengandung sekitar 1.2 miliar kg udara, atau 1.2 juta ton metrik. Jumlah itu kira-kira 2,400 kali massa air cair yang diperkirakan.

Tetesan-tetesan air bercampur dengan udara itu; tetesan tidak menggantikannya. Udara lembap juga bisa kurang rapat daripada udara yang lebih kering di sekitarnya, seperti dijelaskan oleh Survei Geologi Amerika Serikat. Uap air lebih ringan daripada molekul nitrogen dan oksigen yang digantikannya, sementara perbedaan suhu juga memengaruhi apakah udara naik atau turun.

Jadi, awan tidak ditopang oleh selubung tersembunyi. Awan adalah wilayah atmosfer tempat tetesan air terbawa bersama udara yang bergerak. Jumlah massa airnya bisa besar, sementara setiap bagian awan tetap berupa kabut tipis di dalam volume udara yang jauh lebih besar.

Mengapa ratusan ton air tidak langsung jatuh

Diameter tetesan awan yang umum adalah sekitar 20 mikrometer (dibuka di tab baru). Lebar sehelai rambut manusia sekitar 70 µm, jadi setiap tetesan jauh lebih kecil daripada helai rambut yang biasa kita lihat. Gravitasi menarik tetesan ke bawah, tetapi ukurannya yang sangat kecil membuat hambatan udara memperlambat jatuhnya; arus udara naik dan turbulensi dapat membuatnya terus bergerak bersama udara.

Awan terbentuk saat udara lembap naik dan mendingin, sehingga air mengembun menjadi tetesan. Ketika udara bergerak atau mengering, tetesan menguap dan tepi awan yang terlihat pun memudar. Puncak kumulus yang terang dan jelas serta tepinya yang compang-camping menandakan perubahan udara dan kelembapan, bukan bentuk yang tetap.

Saat tetesan atau partikel es tumbuh cukup besar, semuanya dapat jatuh sebagai hujan atau presipitasi lainnya. Proses ini berbeda dari gaya angkat pada kapal udara dan balon, yang bergantung pada daya apung di dalam selubung. Awan tidak memiliki selubung; tetesannya bergerak bersama udara di sekitarnya.

Lihatlah awan kumulus dari permukaan tanah: puncaknya yang putih tampak jelas di langit biru, sementara tepinya yang compang-camping makin tipis hingga kabut itu tak lagi terlihat.