Bagaimana Awan Menahan Jutaan Ton Air Tanpa Langsung Jatuh?

Pernah tidak terpikir, kalau awan di langit bisa ditimbang, kira-kira seberat apa? Dari bawah, awan terlihat ringan dan lembut, bahkan kadang seperti kapas yang menggantung di langit. Padahal, di balik bentuknya yang terlihat sederhana, awan bisa mengandung air dalam jumlah yang sangat besar. Pada awan yang ukurannya sangat besar, total air yang terkandung di dalamnya dapat mencapai ratusan ribu hingga jutaan ton. Lalu, kalau airnya sebanyak itu, mengapa semuanya tidak langsung jatuh ke bumi?

Awan cumulonimbus (Sumber: pexels)

Jawabannya ternyata bukan karena awan memiliki semacam penyangga yang menahan air. Air di dalam awan tetap dipengaruhi gravitasi, tetapi sebagian besar berada dalam bentuk tetesan air yang ukurannya sangat kecil. Tetesan air awan umumnya hanya berukuran beberapa hingga puluhan mikrometer. Sebagai gambaran, diameter rambut manusia saja berada pada kisaran puluhan mikrometer. NASA menjelaskan bahwa tetesan air di dalam awan umumnya berdiameter sekitar 0,02 milimeter (NASA, 2024).

Meskipun gravitasi terus menariknya ke bawah, tetesan sekecil itu tidak langsung jatuh dengan cepat. Ketika bergerak melalui atmosfer, tetesan air mengalami hambatan dari udara. Akibatnya, kecepatan jatuhnya menjadi sangat rendah. Karena itulah, tetesan air yang sangat kecil dapat tetap berada di dalam awan dalam waktu yang cukup lama. Jadi, sebenarnya air di dalam awan tetap jatuh, hanya saja jatuhnya sangat lambat.

Kalau begitu, bagaimana mungkin jumlah tetesan yang sangat kecil tersebut bisa mencapai ratusan ribu atau bahkan jutaan ton? Jawabannya ada pada ukuran awan dan jumlah tetesan di dalamnya. Sebuah awan dapat memiliki volume yang sangat besar dan membentang hingga beberapa kilometer. Di dalam volume tersebut terdapat sangat banyak tetesan air kecil yang tersebar di antara udara. Masing-masing tetesan memang sangat ringan, tetapi jika semuanya dijumlahkan, massanya bisa menjadi sangat besar.

Dalam meteorologi, jumlah air cair yang terdapat dalam suatu volume udara disebut liquid water content atau LWC. Besarannya biasanya dinyatakan dalam gram air per meter kubik udara. Jadi, ketika kita mengatakan sebuah awan memiliki kandungan air yang sangat besar, bukan berarti ada genangan air raksasa yang menggantung di langit. Air tersebut tersebar dalam bentuk tetesan-tetesan yang sangat kecil.

Selain itu, tidak semua kandungan air di dalam awan berbentuk cair. Pada awan yang memiliki suhu sangat rendah, sebagian air dapat berada dalam bentuk kristal es. Sebagian lainnya tetap berupa uap air. Karena itu, jumlah air di dalam awan sebenarnya merupakan gabungan dari berbagai bentuk air yang sedang mengalami proses perubahan secara terus-menerus.

Ada hal lain yang membuat air bisa bertahan lebih lama di dalam awan, terutama pada awan yang tumbuh secara vertikal seperti cumulonimbus. Di dalam awan jenis ini terdapat gerakan udara ke atas yang disebut updraft. Udara hangat dan lembap dari dekat permukaan bumi dapat bergerak naik. Ketika mencapai ketinggian yang lebih tinggi, udara tersebut mengembang dan mendingin. Pendinginan ini membuat uap air mengalami kondensasi dan membentuk awan.

Pada awan badai yang kuat, gerakan udara ke atas dapat sangat besar. Tetesan air dan kristal es dapat terbawa ke atas meskipun gravitasi terus menariknya ke bawah. Di dalam awan akhirnya terjadi semacam tarik-menarik. Gravitasi berusaha membawa partikel air turun, sementara gerakan udara ke atas dapat membawanya kembali ke atas. Selama tetesan masih cukup kecil dan updraft cukup kuat, partikel tersebut dapat tetap berada di dalam awan.

NASA menjelaskan bahwa presipitasi mulai jatuh ketika partikel air atau es telah tumbuh cukup besar sehingga tidak lagi dapat ditopang oleh gerakan udara ke atas (NASA, 2024). Dengan kata lain, hujan tidak terjadi karena awan tiba-tiba "kehilangan air", tetapi karena partikel air di dalamnya sudah tumbuh menjadi cukup besar untuk jatuh.

Lalu, bagaimana tetesan kecil tadi bisa berubah menjadi hujan? Salah satu proses pentingnya adalah ketika tetesan air saling bertabrakan dan kemudian bergabung menjadi tetesan yang lebih besar. Proses ini dikenal sebagai collision-coalescence. Semakin besar ukuran tetesan, semakin besar pula massanya. Akibatnya, pengaruh gravitasi menjadi semakin kuat dan tetesan mulai jatuh dengan lebih cepat.

Pada awan yang dingin, pembentukan presipitasi juga dapat melibatkan kristal es. Kristal-kristal tersebut dapat tumbuh dan kemudian jatuh. Jika melewati lapisan udara yang lebih hangat, kristal es dapat mencair sebelum mencapai permukaan dan akhirnya turun sebagai hujan. Jadi, hujan yang kita lihat dari bawah bisa saja awalnya berasal dari partikel es yang terbentuk jauh di dalam awan (NASA, 2024).

Itulah sebabnya hujan tidak langsung turun sekaligus meskipun awan mengandung air dalam jumlah yang sangat besar. Air di dalam awan tidak berada dalam kondisi yang sama. Ada tetesan yang masih sangat kecil, ada yang sedang tumbuh, ada yang sudah cukup besar untuk jatuh, dan ada pula yang menguap kembali. Pada saat yang sama, udara di dalam awan terus bergerak. Air juga terus mengalami penguapan, kondensasi, pembekuan, pencairan, serta tumbukan antarpartikel.

Dengan kata lain, awan bukanlah wadah yang menyimpan air secara diam-diam. Awan lebih mirip bagian dari sistem atmosfer yang terus bekerja. Air terus masuk ke dalam sistem melalui penguapan dan kemudian kembali ke permukaan melalui presipitasi. Sebagian air bahkan dapat berubah bentuk berkali-kali sebelum akhirnya jatuh sebagai hujan.

Menariknya, setelah tetesan berubah menjadi hujan, belum tentu semuanya berhasil mencapai permukaan bumi. Ketika hujan jatuh melewati lapisan udara yang kering, sebagian tetesan dapat menguap sebelum sampai ke tanah. Jika penguapan terjadi cukup banyak, dari bawah kita dapat melihat semacam garis hujan yang menggantung dari dasar awan tetapi tidak mencapai permukaan. Fenomena tersebut dikenal sebagai virga.

Jadi, sebenarnya tidak ada satu mekanisme khusus yang "menahan" jutaan ton air di langit. Tetesan air awan yang sangat kecil memiliki kecepatan jatuh yang rendah, atmosfer memberikan hambatan terhadap gerakannya, dan gerakan udara ke atas dapat membantu mempertahankan partikel air dan es di dalam awan. Ketika partikel-partikel tersebut tumbuh semakin besar, gravitasi akhirnya menjadi lebih dominan dan presipitasi mulai jatuh ke permukaan.

Pada akhirnya, awan yang terlihat ringan dari bawah ternyata merupakan bagian dari sistem yang sangat dinamis. Di dalamnya terdapat begitu banyak tetesan air dan kristal es yang terus bergerak, bertumbuh, menguap, membeku, mencair, dan akhirnya sebagian jatuh ke bumi. Jadi, saat melihat awan gelap sebelum hujan, kita sebenarnya sedang melihat salah satu proses paling penting dalam siklus air yang berlangsung tepat di atas kepala kita.

Referensi

NASA. (2024). NASA solves a drizzle riddle: The size of water. NASA Science.

NASA. (2024). What causes precipitation to fall? Global Precipitation Measurement Mission, NASA.

NASA. (2024). How big can a raindrop get? Global Precipitation Measurement Mission, NASA.

NOAA. (2018). Cloud Physics Data Formats. NOAA Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory.