Moln består vanligen av mycket små vattendroppar. Det finns även moln som består av iskristaller eller en blandning av vattendroppar och iskristaller.
Molndropparna eller kristallerna är så små (radie omkring 5 mikrometer) att deras fallhastighet blir mycket låg, bara några cm per sekund. Till skillnad mot de millimeterstora regndropparna eller snöflingorna, som faller mot marken med några m/s, så svävar molndropparna länge, länge.
Om vi till exempel samlar ihop alla dropparna från en kubikmeter luft i ett Cumulonimbus (bymoln, åskmoln) får vi ungefär ett gram vatten. Detta kan verka vara litet, men ett typiskt Cumulonimbus är stort.
Antag att vi har ett Cumulonimbus som är tio km högt och vid basen är en gånger en km. Volymen av detta moln är då 10 miljarder kubikmeter, och alla dess molndroppar väger sammanlagt 10 miljarder gram.
Det motsvarar 10 miljoner kg eller 10.000 ton vatten. En imponerande siffra, men trots allt inte så mycket. För om vi tänker oss att vi placerar allt detta vatten på marken under molnet - hur djupt blir då vattnet?
Arean under det antagna molnet är 1 miljon kvadratmeter. Det vill säga på varje kvadratmeter blir det 10 kg, som motsvarar 10 liter. Och 10 liter på en kvadratmeter motsvarar 10 mm nederbörd.
Alltså om molnet läggs platt på marken så blir vattenskiktet bara 10 mm djupt. En ganska ynklig siffra för att vara ett stort Cumulonimbus.
Hur kan det regna så mycket ur ett moln?
I det förra stycket framgick att om vi tar allt molnvatten i ett stort Cumulonimbus och teoretiskt omvandlar det till nederbörd blir det bara 10 mm. Molnet skulle då vara borta och det blev bara ynka 10 mm!
Som alla vet kan det ju lätt komma betydligt mer regn ur ett Cumulonimbus. Oftast är molnet i rörelse så all nederbörd faller inte på samma plats, men ibland händer det att vi får ett skyfall (över 50 mm regn), som helt klart kommer ur ett och samma moln. Hur kan det gå till om molnet bara innehåller 10 mm?
Ständig nybildning
Varför försvinner inte molnen när det regnar? Förklaringen ligger i att nya molndroppar hela tiden bildas och att ny fukt tillförs samtidigt som vatten förs bort när det regnar. Vattenångan i luften kondenserar till nya molndroppar och ny vattenånga tillkommer från omgivningen.
Något förenklat kan man säga att denna process kan fortgå så länge som det finns energi som gör att luften stiger.
Det är en kamp mellan molnbildning och molnupplösning. Om den drivande energin minskar kommer molnupplösningen att ta över. Om den drivande energin ökar växer molnet.
Luft som stiger
De vanligaste moln- och regnbildande processerna bygger på att luft tvingas stiga och då kyls av, vilket leder till att luftfuktigheten kondenserar till molndroppar, som efterhand bildar regndroppar. Om det saknas energi för att få luften att stiga kommer molnen att lösas upp.
För att få regn krävs alltså fuktig luft och en mekanism som tvingar den fuktiga luften att stiga. På sommaren värmer solen jordytan vilket driver den så kallade konvektionen.
En annan process är när två luftmassor möts. En varm och fuktig luftmassa kan glida upp över en relativt sett kallare luftmassa (varmfront) eller en kall och tung luft kan pressa sig under en varm och fuktig (kallfront). Speciellt intensiva åskväder kan uppstå då båda dessa processer samverkar.
Tillgång på fuktig luft är viktig och mängden fukt är starkt beroende av temperaturen. Ju högre temperaturen är desto mer vattenånga kan potentiellt finnas i en kubikmeter luft.
En intressant detalj är att när luftens fuktighet kondenserar så frigörs den energi som gick åt för att avdunsta vattnet. Denna extra energi höjer temperaturen i luften och kan få den att stiga ytterligare och öka på effektiviteten i nederbördsprocesserna.
Denna effekt är speciellt betydelsefull för kraftiga bymoln och är fundamental för energin i tropiska orkaner.