Конденсация в атмосфере

Конденсация - это переход воды из газообразного в жидкое состояние. В атмосфере она происходит в виде образования мельчайших капелек диаметром в несколько микрон. Более крупные капельки образуются путем слияния мелких или при таянии ледяных кристаллов. Конденсация происходит тогда, когда воздух достигает насыщения, а это чаще всего происходит в атмосфере при понижении температуры. Количество водяного пара, недостаточное для насыщения, с понижением температуры до точки росы становится насыщающим. При дальнейшем понижении температуры избыток водяного пара сверх того, что нужно для насыщения, переходит в жидкое состояние. Возникают зародыши облачных капелек, т.е. начальные комплексы молекул воды, которые в дальнейшем растут до величины обычных облачных капель. Если точка росы лежит ниже нуля, то первоначально возникают такие же зародыши, на которых растут переохлажденные капельки; но затем эти зачаточные капельки замерзают, и на них происходит развитие ледяных кристаллов.

Охлаждение воздуха чаще всего происходит адиабатически, вследствие его расширения без отдачи тепла в окружающую среду. Такое расширение происходит преимущественно при подъеме воздуха. Пока воздух не насыщен, он охлаждается на один градус на каждые 100 м подъема. Таким образом, для воздуха, не очень далекого от на­сыщения, вполне достаточно подняться вверх на несколько сотен метров, чтобы в нем началась конденсация.

Механизмы такого подъема воздуха различны. Воздух может подниматься в процессе турбулентности в виде неупорядочен­ных вихрей. Он может подниматься в более или менее сильных восходящих токах конвекции. Может происходить и подъем больших количеств воздуха на атмосферных фронтах, причем возникают облачные системы, покрывающие площади в сотни тысяч квадратных километров. Подъем воздуха может проис­ходить и в гребнях атмосферных волн, вследствие чего также могут возникать облака на тех высотах, где существует вол­новое движение.

В зависимости от механизма подъема возникают и различные виды облаков.

В атмосферных условиях происходит не только конденсация - образование капелек (газ → жидкость), но и сублимация - образование кристаллов, переход водяного пара в твердое состояние (газ → твердое вещество). Но термин конденсация обычно применяется в широком смысле, охватывая собственно конденсацию и сублимацию.

Образование капелек при конденсации в атмосфере всегда происходит на некоторых центрах, называемых ядрами конденсации. Как правило, ядрами конденсации являются аэрозольные примеси. Важнейшими ядрами конденсации являются частички растворимых гигроскопических солей, особенно морской соли, которая всегда содержится в воде осадков. Она попадает в воздух при волнении моря и разбрызгивании морской воды. Солевые ядра попадают в воздух также при распылении почвы. В силу своих малых размеров они не оседают и переносятся воздушными течениями на большие расстояния. При этом из-за своей гигроскопичности они часто плавают в атмосфере в виде мельчайших капелек насыщенного соляного раствора. При повышении относительной влажности они начинают расти, а при значениях влажности в 100% превращаются в видимые капельки облаков и туманов.

Конденсация происходит также на гигроскопических твердых частичках, являющихся продуктами сгорания или органического распада. В промышленных районах в атмосфере преобладают такие ядра конденсации. Кроме них, роль ядер конденсации могут играть не гигроскопические, но смачиваемые достаточно крупные частички. У земной поверхности в одном кубическом сантиметре количество ядер конденсации достигает тысяч и десятков тысяч. С высотой их число уменьшается и на высоте 3-4 км составляет несколько сотен на см³.

Развитие кристаллов в атмосфере долгое время связывали преимущественно с процессами сублимации. Сейчас установлено, что сначала на инородных частицах, называемых ядрами льдообразования или ледяными ядрами, образуются ледяные зародыши и при достаточно низких отрицательных температурах при взаимодействии с ледяным зародышем капельки сконденсированной воды замерзают и дальше на них уже развиваются кристаллы. Образование ледяного зародыша за счет процесса сублимации значительно менее вероятно, чем за счет замерзания.

Дата добавления: 2015-04-30