Η συμπύκνωση είναι μια αλλαγή στο συνδυασμό μιας ουσίας από αέριο σε υγρό ή στερεό. Αλλά τι είναι η συμπύκνωση στο μαστάμπα του πλανήτη;
Σε κάθε χρονική στιγμή, ο ατμοσφαιρικός πλανήτης της Γης περιέχει πάνω από 13 δισεκατομμύρια τόνους υγρασίας. Αυτός ο αριθμός είναι σχεδόν σταθερός, καθώς οι απώλειες λόγω βροχόπτωσης αντισταθμίζονται συνεχώς με εξάτμιση.
Ο ρυθμός κυκλοφορίας της υγρασίας στην ατμόσφαιρα
Ο ρυθμός κυκλοφορίας της υγρασίας στην ατμόσφαιρα εκτιμάται σε κολοσσιαία τιμή - περίπου 16 εκατομμύρια τόνοι το δευτερόλεπτο ή 505 δισεκατομμύρια τόνοι το χρόνο. Εάν όλοι οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα συμπυκνώθηκαν και καθιζάνουν, τότε αυτό το νερό θα μπορούσε να καλύψει ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη με ένα στρώμα περίπου 2,5 εκατοστών, με άλλα λόγια, η ατμόσφαιρα περιέχει ποσότητα υγρασίας ισοδύναμη με μόλις 2,5 εκατοστά βροχής.
Πόσο καιρό είναι ένα μόριο ατμών στην ατμόσφαιρα;
Δεδομένου ότι στη Γη κατά μέσο όρο 92 εκατοστά πέφτει ετησίως, επομένως, η υγρασία στην ατμόσφαιρα ενημερώνεται 36 φορές, δηλαδή, 36 φορές η ατμόσφαιρα είναι κορεσμένη με υγρασία και απελευθερώνεται από αυτήν. Αυτό σημαίνει ότι το μόριο υδρατμών παραμένει στην ατμόσφαιρα για 10 ημέρες κατά μέσο όρο.
Διαδρομή μορίων νερού
Μόλις εξατμιστεί, το μόριο υδρατμών παρασύρεται συνήθως εκατοντάδες και χιλιάδες χιλιόμετρα, μέχρι να συμπυκνωθεί και να πέσει στη Γη με καθίζηση. Το νερό που πέφτει με τη μορφή βροχής, χιονιού ή χαλάζι στα ύψη της Δυτικής Ευρώπης, καλύπτει περίπου 3.000 χλμ. Από τον Βόρειο Ατλαντικό. Μεταξύ της μετατροπής του υγρού νερού σε ατμό και της καθίζησης στη Γη, πραγματοποιούνται αρκετές φυσικές διεργασίες.
Από τη θερμή επιφάνεια του Ατλαντικού, τα μόρια του νερού πέφτουν στον θερμό υγρό αέρα, ο οποίος στη συνέχεια ανεβαίνει πάνω από τον ψυχρότερο (πυκνότερο) και τον ξηρότερο αέρα που τον περιβάλλει.
Εάν στην περίπτωση αυτή παρατηρηθεί έντονη ταραχώδης ανάμιξη των μαζών αέρα, τότε ένα στρώμα ανάμιξης και σύννεφα θα εμφανιστούν στην ατμόσφαιρα στα όρια των δύο μαζών αέρα. Περίπου το 5% του όγκου τους είναι υγρασία. Ο αέρας κορεσμένος με ατμό είναι πάντα ελαφρύτερος, πρώτον, επειδή θερμαίνεται και προέρχεται από μια θερμή επιφάνεια, και δεύτερον, επειδή 1 κυβικό μέτρο καθαρού ατμού είναι περίπου 2/5 ελαφρύτερο από 1 κυβικό μέτρο καθαρού ξηρού αέρα στην ίδια θερμοκρασία και πίεση. Ακολουθεί ότι ο υγρός αέρας είναι ελαφρύτερος από ξηρός και θερμός και υγρός ακόμη περισσότερο. Όπως θα δούμε αργότερα, αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό γεγονός για τις διαδικασίες αλλαγής του καιρού.
Κίνηση μάζας αέρα
Ο αέρας μπορεί να ανυψωθεί για δύο λόγους: είτε επειδή γίνεται ευκολότερο ως αποτέλεσμα της θέρμανσης και της υγρασίας, είτε επειδή ασκείται από δυνάμεις που τον καθιστούν πάνω από ορισμένα εμπόδια, για παράδειγμα, από μάζες ψυχρότερου και πυκνότερου αέρα ή πάνω από λόφους και βουνά.
Ψύξη
Ο αυξανόμενος αέρας, μία φορά σε στρώματα με χαμηλότερη ατμοσφαιρική πίεση, αναγκάζεται να διογκωθεί και να κρυώσει. Η επέκταση απαιτεί τη δαπάνη κινητικής ενέργειας, η οποία λαμβάνεται από τη θερμική και δυνητική ενέργεια του ατμοσφαιρικού αέρα, και αυτή η διαδικασία οδηγεί αναπόφευκτα σε μείωση της θερμοκρασίας. Ο ρυθμός ψύξης ενός ανερχόμενου τμήματος αέρα αλλάζει συχνά εάν αυτό το τμήμα αναμιγνύεται με αέρα περιβάλλοντος.
Ξηρά αδιαβατική κλίση
Ο ξηρός αέρας, στον οποίο δεν υπάρχει συμπύκνωση ή εξάτμιση, καθώς και ανάμιξη, η οποία δεν λαμβάνει ενέργεια σε άλλη μορφή, ψύχεται ή θερμαίνεται σε σταθερή τιμή (κατά 1 ° C κάθε 100 μέτρα) καθώς ανεβαίνει ή πέφτει. Αυτή η τιμή ονομάζεται ξηρή αδιαβατική κλίση. Αλλά εάν η αυξανόμενη μάζα αέρα είναι υγρή και συμβαίνει συμπύκνωση σε αυτήν, τότε η λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης απελευθερώνεται και η θερμοκρασία του αέρα κορεσμένη με ατμό πέφτει πολύ πιο αργά.
Υγρή αδιαβατική κλίση
Αυτό το μέγεθος της αλλαγής θερμοκρασίας ονομάζεται υγρή αδιαβατική κλίση. Δεν είναι σταθερή, αλλά αλλάζει με μια αλλαγή στην ποσότητα της λανθάνουσας θερμότητας που απελευθερώνεται, με άλλα λόγια, εξαρτάται από την ποσότητα του συμπυκνωμένου ατμού. Η ποσότητα ατμού εξαρτάται από το πόσο μειώνεται η θερμοκρασία του αέρα. Στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπου ο αέρας είναι ζεστός και η υγρασία είναι υψηλή, η υγρή αδιαβατική κλίση είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τη μισή ξηρή αδιαβατική κλίση. Όμως η υγρή αδιαβατική κλίση αυξάνεται σταδιακά με το ύψος και σε πολύ μεγάλο υψόμετρο στην τροπόσφαιρα είναι σχεδόν ίση με την ξηρή αδιαβατική κλίση.
Η πλευστότητα του κινούμενου αέρα καθορίζεται από την αναλογία μεταξύ της θερμοκρασίας και της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος αέρα. Κατά κανόνα, σε μια πραγματική ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται άνισα με το ύψος (αυτή η αλλαγή ονομάζεται απλά μια κλίση).
Εάν η μάζα του αέρα είναι θερμότερη και συνεπώς λιγότερο πυκνή από τον περιβάλλοντα αέρα (και η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι σταθερή), τότε ανεβαίνει σαν μια μπάλα του παιδιού βυθισμένη σε μια δεξαμενή. Και το αντίστροφο, όταν ο κινούμενος αέρας είναι πιο κρύος από τον περιβάλλοντα χώρο, η πυκνότητά του είναι υψηλότερη και μειώνεται.Εάν ο αέρας έχει την ίδια θερμοκρασία με τις γειτονικές μάζες, τότε η πυκνότητά τους είναι ίση και η μάζα παραμένει ακίνητη ή κινείται μόνο μαζί με τον περιβάλλοντα αέρα.
Έτσι, υπάρχουν δύο διαδικασίες στην ατμόσφαιρα, μία εκ των οποίων συμβάλλει στην ανάπτυξη κάθετης κίνησης του αέρα και η άλλη την επιβραδύνει.
