Kondensaatio on muutos aineyhdistelmässä kaasumaisesta nestemäiseksi tai kiinteäksi. Mutta mitä on tiivistyminen planeetan mastabaan?
Jokaisena ajankohtana maapallon ilmapiiri sisältää yli 13 miljardia tonnia kosteutta. Tämä luku on melkein vakio, koska saostumisesta johtuvat häviöt kompensoidaan lopulta jatkuvasti haihtumisella.
Ilman kosteuden kiertonopeus
Ilmakehän kosteuden kiertonopeuden arvioidaan olevan kolossaalinen luku - noin 16 miljoonaa tonnia sekunnissa tai 505 miljardia tonnia vuodessa. Jos kaikki ilmakehän vesihöyry olisi kondensoitunut ja saostunut, niin tämä vesi voisi peittää koko maapallon pinnan noin 2,5 senttimetrin kerroksella, toisin sanoen ilmakehä sisältää kosteuden määrän, joka vastaa vain 2,5 senttimetriä sadetta.
Kuinka kauan höyrymolekyyli on ilmakehässä?
Koska maapallolla putoaa keskimäärin 92 senttimetriä vuodessa, siis ilmakehän kosteus päivittyy 36 kertaa, toisin sanoen 36 kertaa ilmapiiri on kyllästynyt kosteudella ja vapautunut siitä. Tämä tarkoittaa, että vesihöyrymolekyyli pysyy ilmakehässä keskimäärin 10 päivän ajan.
Vesimolekyylin polku
Haihtuneensa jälkeen vesihöyrymolekyyli ajelee yleensä satoja ja tuhansia kilometrejä, kunnes se tiivistyy ja putoaa maan päälle sademäärällä. Länsi-Euroopan korkeudelle sadetta, lunta tai rakeita laskeva vesi kattaa noin 3000 km Pohjois-Atlantista. Nestemäisen veden muuttumisen höyryksi ja maan saostumisen välillä tapahtuu useita fysikaalisia prosesseja.
Atlantin lämpimältä pinnalta vesimolekyylit putoavat lämpimään kosteaan ilmaan, joka myöhemmin nousee sitä ympäröivän kylmempän (tiheämmän) ja kuivemman ilman yläpuolelle.
Jos havaitaan ilmamassojen voimakasta turbulenssista sekoittumista, ilmakehään ilmestyy kerros sekoittumista ja pilviä kahden ilmamassan rajalla. Noin 5% niiden tilavuudesta on kosteutta. Höyryllä kyllästetty ilma on aina kevyempää, ensinnäkin koska se on lämmitetty ja tulee lämpimältä pinnalta, ja toiseksi koska 1 kuutiometri puhdasta höyryä on noin 2/5 kevyempi kuin 1 kuutiometri puhdasta kuivaa ilmaa samassa lämpötilassa ja paine. Tästä seuraa, että kostea ilma on kevyempi kuin kuiva, ja vielä enemmän, lämmin ja kostea. Kuten myöhemmin näemme, tämä on erittäin tärkeä tosiasia säämuutosprosesseissa.
Ilmamassaliike
Ilma voi nousta kahdesta syystä: joko siitä johtuen, että se helpottuu lämmityksen ja kosteuden seurauksena, tai koska siihen vaikuttavat voimat, jotka saavat sen nousemaan tiettyjen esteiden yläpuolelle, esimerkiksi kylmämmän ja tiheämmän ilmamassan yli tai kukkuloiden ja vuorten yli.
Jäähdytys
Nouseva ilma kerran kerroksissa, joissa ilmanpaine on alhaisempi, pakotetaan paisumaan ja edelleen jäähtymään. Laajeneminen vaatii kineettisen energian kulutusta, joka otetaan ilmakehän ilma- ja lämpöenergiasta, ja tämä prosessi johtaa väistämättä lämpötilan laskuun. Nousevan ilmaosan jäähdytysnopeus muuttuu usein, jos tätä osaa sekoitetaan ympäröivään ilmaan.
Kuiva adiabaattinen gradientti
Kuiva ilma, jossa ei ole kondensoitumista tai haihtumista, samoin kuin sekoitus, joka ei vastaanota energiaa muussa muodossa, jäähdytetään tai lämmitetään vakioarvoon (1 ° C: n välein 100 metrin välein) nouseessaan tai laskeutuessa. Tätä arvoa kutsutaan kuivaksi adiabaattiseksi gradientiksi. Mutta jos nouseva ilmamassa on kostea ja siinä tapahtuu kondensoitumista, lauhteen piilevä lämpö vapautuu ja höyryllä kylläisen ilman lämpötila laskee paljon hitaammin.
Märkä adiabaattinen gradientti
Tätä lämpötilan muutoksen suuruutta kutsutaan märkäksi adiabaattiseksi gradienttiksi. Se ei ole vakio, mutta muuttuu vapautuneen piilevän lämmön määrän muuttuessa, toisin sanoen, se riippuu kondensoituneen höyryn määrästä. Höyryn määrä riippuu siitä, kuinka paljon ilman lämpötila laskee. Alemmassa ilmakehässä, missä ilma on lämmin ja kosteus korkea, märkä adiabaattinen gradientti on hiukan yli puolet kuivasta adiabaattisesta gradientista. Mutta märkä adiabaattinen gradientti kasvaa vähitellen korkeuden kanssa ja troposfäärin erittäin korkealla korkeudella on melkein yhtä suuri kuin kuiva adiabaattinen gradientti.
Liikkuvan ilman kelluvuus määräytyy sen lämpötilan ja ympäröivän ilman lämpötilan suhteen mukaan. Yleensä ilmakehän lämpötila laskee todellisessa ilmakehässä epätasaisesti korkeuden suhteen (tätä muutosta kutsutaan yksinkertaisesti kaltevuudeksi).
Jos ilman massa on lämpimämpää ja siten vähemmän tiheää kuin ympäröivä ilma (ja kosteuspitoisuus on vakio), niin se nousee kuin säiliöön upotettu lapsen pallo. Ja päinvastoin, kun liikkuva ilma on kylmempää kuin ympäröivä, sen tiheys on suurempi ja se putoaa.Jos ilmalla on sama lämpötila kuin naapurimassoilla, niin niiden tiheys on yhtä suuri ja massa pysyy paikallaan tai liikkuu vain yhdessä ympäröivän ilman kanssa.
Siten ilmakehässä on kaksi prosessia, joista toinen myötävaikuttaa vertikaalisen ilman liikkeen kehittymiseen ja toinen hidastaa sitä.