Kondensacija yra medžiagos derinio pokytis iš dujinės į skystą ar kietą. Bet kas yra kondensatas planetos mastaboje?
Kiekvienu laiko momentu Žemės atmosferos planetoje yra daugiau kaip 13 milijardų tonų drėgmės. Šis skaičius yra beveik pastovus, nes nuostoliai dėl kritulių galiausiai nuolat kompensuojami išgarinant.
Drėgmės cirkuliacija atmosferoje
Manoma, kad drėgmės cirkuliacija atmosferoje yra didžiulė - maždaug 16 milijonų tonų per sekundę arba 505 milijardų tonų per metus. Jei visi atmosferoje esantys vandens garai būtų kondensavęsi ir nusėdę, tada šis vanduo galėtų uždengti visą Žemės rutulio paviršių maždaug 2,5 centimetro sluoksniu, kitaip tariant, atmosferoje būtų drėgmės kiekis, prilygstantis tik 2,5 centimetro lietaus.
Kiek laiko atmosferoje yra garų molekulė?
Kadangi žemėje vidutiniškai per metus nukrenta 92 centimetrai, todėl atmosferoje drėgmė atnaujinama 36 kartus, tai yra, 36 kartus atmosfera yra prisotinta drėgmės ir iš jos išlaisvinta. Tai reiškia, kad vandens garų molekulė atmosferoje išlieka vidutiniškai 10 dienų.
Vandens molekulių kelias
Išgaravusi vandens garų molekulė paprastai dreifuoja šimtus ir tūkstančius kilometrų, kol ji kondensuojasi ir krituliais patenka į Žemę. Vanduo, kritęs kaip lietus, sniegas ar kruša į Vakarų Europos aukštumas, apima maždaug 3000 km nuo Šiaurės Atlanto. Nuo skysto vandens pavertimo garais iki kritulių Žemėje vyksta keli fiziniai procesai.
Iš šilto Atlanto paviršiaus vandens molekulės patenka į šiltą drėgną orą, kuris vėliau pakyla virš jį supančio šaltesnio (tankesnio) ir sausesnio oro.
Jei pastebimas stiprus turbulentiškas oro masių maišymasis, tada atmosferoje, ties dviejų oro masių riba, atsiras maišymo ir debesų sluoksnis. Apie 5% jų tūrio sudaro drėgmė. Oras, prisotintas garais, visada yra lengvesnis, pirma, todėl, kad jis yra šildomas ir kyla iš šilto paviršiaus, ir, antra, todėl, kad 1 kubinis metras švaraus garo yra maždaug 2/5 lengvesnis nei 1 kubinis metras švaraus sauso oro toje pačioje temperatūroje ir slėgis. Iš to išplaukia, kad drėgnas oras yra lengvesnis nei sausas, o dar šiltesnis ir drėgnesnis. Kaip pamatysime vėliau, tai yra labai svarbus faktas oro pokyčių procesams.
Oro masės judėjimas
Oras gali pakilti dėl dviejų priežasčių: arba dėl to, kad jis tampa lengvesnis dėl kaitinimo ir drėkinimo, arba dėl to, kad jį veikia jėgos, verčiančios jį pakilti virš tam tikrų kliūčių, pavyzdžiui, virš šaltesnio ir tankesnio oro masių arba per kalvas ir kalnus.
Aušinimas
Pakilęs oras, sluoksniuose su žemesniu atmosferos slėgiu, yra priverstas plėstis ir vis tiek atvėsti. Norint išsiplėsti, reikia išleisti kinetinę energiją, kuri paimama iš atmosferos oro šiluminės ir potencinės energijos, ir šis procesas neišvengiamai lemia temperatūros sumažėjimą. Augančios oro dalies aušinimo greitis dažnai keičiasi, jei ši dalis sumaišoma su aplinkiniu oru.
Sausas adiabatinis gradientas
Sausas oras, kuriame nėra nei kondensacijos, nei išgaravimo, taip pat maišymas, kuris kitos formos energijos negauna, aušinamas arba kaitinamas iki pastovios vertės (1 ° C kas 100 metrų), kai kyla arba krinta. Ši reikšmė vadinama sausuoju adiabatiniu gradientu. Bet jei kylanti oro masė yra drėgna ir joje susidaro kondensatas, tada išsiskiria latentinė kondensacijos šiluma ir garu prisotinto oro temperatūra krenta daug lėčiau.
Šlapias adiabatinis gradientas
Šis temperatūros pokyčio dydis vadinamas šlapiu adiabatiniu gradientu. Jis nėra pastovus, tačiau keičiasi keičiantis išsiskyrusios latentinės šilumos kiekiui, kitaip tariant, tai priklauso nuo kondensuoto garo kiekio. Garų kiekis priklauso nuo to, kiek nukrenta oro temperatūra. Žemutinėje atmosferoje, kur oras yra šiltas, o drėgmė yra aukšta, šlapias adiabatinis gradientas yra šiek tiek daugiau nei pusė sauso adiabatinio gradiento. Bet drėgnasis adiabatinis gradientas pamažu auga su aukščiu ir labai dideliame troposferos aukštyje yra beveik lygus sausam adiabatiniam gradientui.
Judamo oro plūdrumas nustatomas pagal santykį tarp jo ir aplinkinio oro temperatūros. Paprastai realioje atmosferoje oro temperatūra krenta nevienodai su aukščiu (šis pokytis vadinamas tiesiog gradientu).
Jei oro masė yra šiltesnė ir todėl nėra tokia tanki kaip aplinkinis oras (o drėgmės kiekis yra pastovus), tada ji kyla kaip vaiko rutulys, panardintas į baką. Ir atvirkščiai, kai judantis oras yra šaltesnis už aplinkinius, jo tankis yra didesnis ir jis sumažėja.Jei oro temperatūra yra tokia pati kaip kaimyninių masių, tada jų tankis yra lygus, o masė lieka nejudanti arba juda tik kartu su aplinkiniu oru.
Taigi atmosferoje vyksta du procesai, vienas iš jų prisideda prie vertikalaus oro judėjimo vystymosi, o kitas jį lėtina.
