Wolken der geläufigen Gattung "Cumulus" entstehen durch vertikale Luftbewegungen, auch Konvektion genannt. Meist sorgt Sonnenschein für eine Erwärmung der bodennahen Luft und treibt damit die Konvektion und damit die Bildung von Quellwolken an. Auf unserer Erde treten aber auch andere Wärmequellen auf, welche starke Aufwinde auslösen und so für die Entstehung von grossen, sogenannten Pyrocumulus-Wolken sorgen können.
Für die Bildung von Cumuli (Haufenwolken) sind Aufwinde/Konvektion und genügend Feuchtigkeit nötig.
Konvektion kommt in unserer Atmosphäre normalerweise folgendermassen Zustande: Der Erdboden wird durch Sonnenenergie erwärmt und gibt die dabei erhaltende Wärmeenergie den untersten Luftschichten ab. Die erwärmte Luft ist folglich leichter als die umgebende Luft und strömt vertikal nach oben. Durch den Aufwind dehnt sich die Luft aus und kühlt ab, bis der in ihr enthaltene Wasserdampf kondensiert und die Cumuluswolke bildet.
Ist die Konvektion besonders stark, so können sich Gewitterwolken (Cumulonimbus) bilden. Diese Wolken wachsen in den Alpen bis in eine Höhe von etwa 10 bis 12 km, in den Tropen können sie sogar eine Obergrenze um 18 km über Meer erreichen.
Neben der Sonnenenergie können auch andere, sowohl natürliche wie auch durch Menschen verursachte Wärmequellen für Konvektion sorgen. Da die Wäremenergie meist von Feuern stammt, sind die Wolken umgangsprachlich als Pyrocumulus (griechisch pyros = Feuer) bekannt. Die offizielle Bezeichnung nach der WMO ist flammagenitus. Aufgrund der meist grossen, vertikalen Ausdehnung erscheinen die die Wolken oft als Cumulus congestus flammagenitus oder Cumulonimbus flammagenitus.
Ein Vulkanausbruch kann enorme Wärmemengen freigeben. Nach einer Schätzung des US Geological Survey wurden beispielsweise beim Ausbruch des Mount Saint Helens (USA, Bundesstaat Washington) im Jahr 1980 24 Megatonnen Wärmeenergie freigsetzt, was der Menge von etwa 1600 Atombomben entspricht. Die daraus resultierende cumuliforme Wolke, welche aus Wasserdampf, Asche und anderen Trümmern bestand, reichte bis in eine Höhe von 24 km. Den Rekord für die Höhe der Aschewolke hält der Vulkan Tonga: Bei der Eruption im Januar 2022 wurde die Wolkenobergrenze mithilfe von Satellitendaten auf 57.5 km über Boden geschätzt!
Auch Waldbrände können beeindruckende Pyrocumuli hervorbringen, die allerdings im Allgemeinen kleiner sind als solche vulkanischen Ursprungs. Bei der Verbrennung werden nicht nur Wärme, sondern auch große Mengen an Wasserdampf freigesetzt, welcher die Bildung der Wolken unterstützt.
Pyrocumulus-Wolken können auch nach starken Explosionen entstehen. Das klassische Beispiel ist der Atompilz, ein schreckliches und zugleich faszinierendes Phänomen, das durch die Explosion einer Atombombe verursacht wird. In diesem Fall ist die Wärmequelle die Feuerkugel, die nach oben steigt und eine konvektive Zirkulation in Form eines Doughnuts auslöst, der den „Hut“ des Pilzes bildet. Der „Stiel“ des Pilzes ist das Ergebnis der starken Winde, die Rauch und Trümmer aufwirbeln. Wenn sich der Feuerball ausreichend abgekühlt hat, verlangsamt sich die vertikale Bewegung und kommt schließlich zum Stillstand: Die Wolke weitet sich aus.
