Kondensācija ir izmaiņas vielas kombinācijā no gāzveida uz šķidru vai cietu. Bet kas ir kondensāts planētas mastabā?
Katrā brīdī Zemes atmosfēras planēta satur vairāk nekā 13 miljardus tonnu mitruma. Šis skaitlis ir gandrīz nemainīgs, jo nokrišņu radītos zaudējumus galu galā nepārtraukti kompensē iztvaikošana.
Mitruma cirkulācijas ātrums atmosfērā
Tiek lēsts, ka mitruma cirkulācija atmosfērā ir kolosāla - aptuveni 16 miljoni tonnu sekundē vai 505 miljardi tonnu gadā. Ja visi atmosfērā esošie ūdens tvaiki būtu kondensējušies un nokrišņi, tad šis ūdens varētu aptvert visu zemeslodes virsmu ar apmēram 2,5 centimetru slāni, citiem vārdiem sakot, atmosfērā ir mitruma daudzums, kas līdzvērtīgs tikai 2,5 centimetriem lietus.
Cik ilgi tvaika molekula atrodas atmosfērā?
Tā kā uz Zemes gadā izkrīt vidēji 92 centimetri, tāpēc mitrums atmosfērā tiek atjaunināts 36 reizes, tas ir, 36 reizes atmosfēra ir piesātināta ar mitrumu un atbrīvota no tā. Tas nozīmē, ka ūdens tvaika molekula atmosfērā paliek vidēji 10 dienas.
Ūdens molekulu ceļš
Pēc iztvaikošanas ūdens tvaika molekula parasti dreifē simtiem un tūkstošiem kilometru, līdz tā kondensējas un nokrīt uz Zemes ar nokrišņiem. Ūdens, kas nokļūst lietus, sniega vai krusas veidā Rietumeiropas augstumā, aptver apmēram 3000 km no Ziemeļatlantijas. Starp šķidrā ūdens pārvēršanu tvaikā un nokrišņiem uz Zemes notiek vairāki fizikāli procesi.
No Atlantijas okeāna siltās virsmas ūdens molekulas nonāk siltā, mitrā gaisā, kas pēc tam paceļas virs aukstāka (blīvāka) un sausāka gaisa, kas to ieskauj.
Ja tiek novērota spēcīga turbulenta gaisa masu sajaukšanās, tad atmosfērā uz divu gaisa masu robežas parādīsies sajaukšanās un mākoņu slānis. Apmēram 5% no to tilpuma ir mitrums. Gaiss, kas piesātināts ar tvaiku, vienmēr ir vieglāks, pirmkārt, tāpēc, ka tas tiek uzkarsēts un nāk no siltas virsmas, un, otrkārt, tāpēc, ka 1 kubikmetrs tīra tvaika ir apmēram 2/5 vieglāks nekā 1 kubikmetrs tīra sausa gaisa tajā pašā temperatūrā un spiediens. No tā izriet, ka mitrs gaiss ir vieglāks nekā sauss, un vēl jo vairāk silts un mitrs. Kā redzēsim vēlāk, tas ir ļoti svarīgs fakts laika apstākļu maiņas procesos.
Gaisa masu kustība
Gaiss var pacelties divu iemeslu dēļ: vai nu tāpēc, ka tas kļūst vieglāk sildīšanas un mitrināšanas rezultātā, vai arī tāpēc, ka to iedarbojas ar spēkiem, kas liek tam pacelties virs noteiktiem šķēršļiem, piemēram, virs aukstāka un blīvāka gaisa masām vai virs kalniem un kalniem.
Dzesēšana
Uzlecošais gaiss, ja tas ir slāņos ar zemāku atmosfēras spiedienu, ir spiests izplesties un joprojām atdzist. Izplešanās prasa kinētiskās enerģijas tērēšanu, kas tiek ņemta no atmosfēras gaisa siltumenerģijas un potenciālās enerģijas, un šis process neizbēgami noved pie temperatūras pazemināšanās. Augošās gaisa daļas dzesēšanas ātrums bieži mainās, ja šī porcija tiek sajaukta ar apkārtējo gaisu.
Sauss adiabātiskais gradients
Sausais gaiss, kurā neveidojas kondensācija vai iztvaikošana, kā arī sajaukšanās, kas enerģiju nesaņem citā formā, tiek atdzesēts vai uzsildīts līdz pastāvīgai vērtībai (par 1 ° C ik pēc 100 metriem), kad tas paceļas vai nokrīt. Šo vērtību sauc par sauso adiabātisko gradientu. Bet, ja pieaugošā gaisa masa ir mitra un tajā notiek kondensāts, tad izdalās latentais kondensācijas siltums un daudz lēnāk pazeminās ar tvaiku piesātinātā gaisa temperatūra.
Mitrā adiabātiskā gradients
Šo temperatūras izmaiņu lielumu sauc par mitro adiabātisko gradientu. Tas nav konstants, bet mainās, mainoties izdalītā latentā siltuma daudzumam, citiem vārdiem sakot, tas ir atkarīgs no kondensētā tvaika daudzuma. Tvaika daudzums ir atkarīgs no tā, cik pazeminās gaisa temperatūra. Zemākā atmosfērā, kur gaiss ir silts un augsts mitrums, mitrais adiabātiskais gradients ir nedaudz vairāk nekā puse no sausā adiabātiskā gradienta. Bet mitrais adiabātiskais gradients pakāpeniski palielinās līdz ar augstumu un ļoti lielā troposfēras augstumā ir gandrīz vienāds ar sauso adiabātisko gradientu.
Kustīgā gaisa peldspēju nosaka attiecība starp tā temperatūru un apkārtējā gaisa temperatūru. Parasti reālā atmosfērā gaisa temperatūra pazeminās nevienmērīgi ar augstumu (šīs izmaiņas sauc vienkārši par gradientu).
Ja gaisa masa ir siltāka un tāpēc ir mazāk blīva nekā apkārtējais gaiss (un mitruma saturs ir nemainīgs), tad tā paceļas kā tvertnē iegremdēta bērna bumba. Un otrādi, kad kustīgais gaiss ir vēsāks nekā apkārtējais, tā blīvums ir lielāks un tas samazinās.Ja gaisam ir tāda pati temperatūra kā kaimiņu masām, tad to blīvums ir vienāds un masa paliek nekustīga vai pārvietojas tikai kopā ar apkārtējo gaisu.
Tādējādi atmosfērā notiek divi procesi, viens no tiem veicina vertikālās gaisa kustības attīstību, bet otrs to palēnina.
