A kondenzáció az anyag kombinációjának változása gáz halmazállapotúról folyékony vagy szilárd anyaggá. De mi a kondenzáció a bolygó mastabájában?
A Föld légköri bolygója minden egyes időpontban több mint 13 milliárd tonna nedvességet tartalmaz. Ez a szám majdnem állandó, mivel a csapadék veszteségeket végül folyamatosan kompenzálja a párolgás.
A légköri nedvesség keringésének sebessége
A légkörben a nedvesség keringésének arányát becslések szerint kolosszális értékre számolják - másodpercenként körülbelül 16 millió tonna, azaz 505 milliárd tonna évente. Ha a légkörben lévő összes vízgőz kondenzálódott és kicsapódott volna, akkor ez a víz körülbelül 2,5 centiméter réteggel lefedheti a földgömb teljes felületét, vagyis a légkör olyan mennyiségű nedvességet tartalmaz, amely mindössze 2,5 centiméter esőnek felel meg.
Mennyi ideig van egy gőzmolekula a légkörben?
Mivel a Földön évente átlagosan 92 centiméter esik, ezért a légkörben a nedvesség 36-szor frissül, azaz a légkör 36-szorosa megtelül a nedvességgel, és megszabadul belőle. Ez azt jelenti, hogy a vízgőz-molekula átlagosan 10 napig marad a légkörben.
A víz molekula útja
Az elpárolgás után a vízgőz-molekula általában százezrek és kilométerek távolságában sodródik, amíg lecsapódik, és csapadékkal esik a Földre. Eső, hó vagy jégeső formájában eső víz Nyugat-Európa magasságában kb. 3000 km-re fekszik az Atlanti-óceán északi részétől. A folyékony víz gőzzé alakulása és a Föld csapadékja között számos fizikai folyamat zajlik.
Az Atlanti-óceán meleg felületéről a vízmolekulák a meleg, nedves levegőbe esnek, amely később a körülötte lévő hidegebb (sűrűbb) és szárazabb levegő fölé emelkedik.
Ha a légmasszák erősen turbulens keverését észleljük, akkor a keverés és a felhők rétege megjelenik a légkörben a két légtömeg határán. Mintegy 5% -uk nedvességtartalom. A gőzzel telített levegő mindig könnyebb, egyrészt azért, mert melegszik, hanem egy meleg felületről származik, másrészt azért, mert 1 köbméter tiszta gőz körülbelül 2/5-rel könnyebb, mint 1 köbméter tiszta száraz levegő ugyanazon a hőmérsékleten, és nyomás. Ebből következik, hogy a nedves levegő könnyebb, mint a száraz, a meleg és párás még inkább. Mint később látni fogjuk, ez nagyon fontos tény az időjárási folyamatokban.
Légtömeg-mozgás
A levegő két okból emelkedik: vagy azért, mert a melegítés és a párásítás eredményeként könnyebbé válik, vagy mert olyan erők hatnak rá, amelyek bizonyos akadályok fölé emelkednek, például hidegebb és sűrűbb levegő tömegein, vagy hegyek és hegyek felett.
Lehűlés
Az emelkedő levegőt, egyszer rétegekben, alacsonyabb légköri nyomással, kényszeríteni kell, hogy kiszáradjon, és továbbra is lehűljön. A tágításhoz szükség van a kinetikus energia felhasználására, amelyet a légköri levegő hő- és potenciális energiájából vesznek, és ez a folyamat elkerülhetetlenül a hőmérséklet csökkenéséhez vezet. A levegő emelkedő részének hűtési sebessége gyakran megváltozik, ha ezt a részt keverik a környező levegővel.
Száraz adiabatikus gradiens
A száraz levegőt, amelyben nincs kondenzáció vagy párologtatás, valamint a keverést, amely más formában nem kap energiát, állandó értékre hűtjük vagy melegítjük (100 méterenként 1 ° C-kal), amikor felmegy vagy esik. Ezt az értéket száraz adiabatikus gradiensnek hívják. De ha a növekvő levegő tömeg nedves, és abban kondenzátum képződik, akkor a kondenzátum látens hője szabadul fel, és a gőzzel telített levegő hőmérséklete sokkal lassabban esik.
Nedves adiabatikus gradiens
A hőmérsékleti változás ezen nagyságrendjét nedves adiabatikus gradiensnek nevezzük. Ez nem állandó, hanem a kibocsátott látens hőmennyiség változásával változik, vagyis a kondenzált gőz mennyiségétől függ. A gőz mennyisége attól függ, hogy mekkora mértékben csökken a levegő hőmérséklete. Az alsó légkörben, ahol meleg a levegő és magas a páratartalom, a nedves adiabatikus gradiens valamivel több, mint a száraz adiabatikus gradiens fele. De a nedves adiabatikus gradiens fokozatosan növekszik a magassággal, és a troposzféra nagyon magas tengerszint feletti magasságában majdnem megegyezik a száraz adiabatikus gradienssel.
A mozgó levegő úszóképességét a hőmérséklete és a környező levegő hőmérséklete közötti arány határozza meg. Általános szabály, hogy egy valós légkörben a levegő hőmérséklete a magassággal egyenetlenül esik (ezt a változást egyszerűen gradiensnek nevezik).
Ha a levegő tömege melegebb, és ennélfogva kevésbé sűrű, mint a környező levegő (és a nedvességtartalom állandó), akkor úgy emelkedik fel, mint egy tartályba merített gyermekgolyó. És fordítva: ha a mozgó levegő hidegebb, mint a környező, akkor sűrűsége nagyobb és csökken.Ha a levegő hőmérséklete megegyezik a szomszédos tömegek hőmérsékletével, akkor sűrűségük egyenlő, és a tömeg állandó marad, vagy csak a környező levegővel együtt mozog.
Így két folyamat van jelen a légkörben, amelyek egyike hozzájárul a vertikális levegőmozgás kialakulásához, a másik pedig lelassítja.
