Kondensatsioon on aine kombinatsiooni muutus gaasiliseks vedelaks või tahkeks. Kuid mis on kondenseerumine planeedi mastabas?
Igal ajahetkel sisaldab Maa atmosfääri planeet üle 13 miljardi tonni niiskust. See arv on peaaegu püsiv, kuna sademetega seotud kadusid kompenseeritakse lõpuks pidevalt aurustumisega.
Niiskuse ringluse määr atmosfääris
Atmosfääri niiskuse ringluse määr on hinnanguliselt kolossaalne - umbes 16 miljonit tonni sekundis ehk 505 miljardit tonni aastas. Kui kogu atmosfääri veeaur oleks kondenseerunud ja sadestunud, siis see vesi võiks katta kogu maakera pinna umbes 2,5 sentimeetri kihiga, teisisõnu sisaldab atmosfäär niiskuse kogust, mis võrdub vaid 2,5 sentimeetri vihmaga.
Kui pikk on atmosfääris aurumolekul?
Kuna Maal kukub aastas välja keskmiselt 92 sentimeetrit, siis värskendatakse niiskust atmosfääris 36 korda, see tähendab, et 36 korda on atmosfäär niiskusega küllastunud ja sellest vabanenud. See tähendab, et veeauru molekul püsib atmosfääris keskmiselt 10 päeva.
Veemolekulide tee
Pärast aurustumist triivib veeauru molekul tavaliselt sadu ja tuhandeid kilomeetreid, kuni see kondenseerub ja langeb sademetega Maale. Lääne-Euroopa kõrgusele vihma, lume või rahe kujulist vett katab Põhja-Atlandist umbes 3000 km. Vedela vee muundamise auruks ja Maa sademete vahel toimuvad mitmed füüsikalised protsessid.
Atlandi ookeani soojalt pinnalt langevad veemolekulid sooja niiskesse õhku, mis tõuseb seejärel seda ümbritseva külmema (tihedama) ja kuivema õhu kohale.
Kui täheldatakse õhumasside tugevat turbulentset segunemist, ilmnevad atmosfääri kahe õhumassi piiril segamis- ja pilvekiht. Ligikaudu 5% nende mahust on niiskus. Auruga küllastunud õhk on alati kergem, esiteks seetõttu, et see on kuumutatud ja tuleb soojalt pinnalt, ja teiseks seetõttu, et 1 kuupmeeter puhast auru on umbes 2/5 kergem kui 1 kuupmeeter puhast kuiva õhku samal temperatuuril ja surve. Sellest järeldub, et niiske õhk on kergem kui kuiv ja soe ja niiske veelgi. Nagu hiljem näeme, on see ilmamuutuste protsesside jaoks väga oluline fakt.
Õhumassi liikumine
Õhk võib tõusta kahel põhjusel: kas seetõttu, et see muutub kuumutamise ja niisutamise tagajärjel lihtsamaks, või seetõttu, et seda mõjutavad jõud, mis muudavad selle tõusma teatud takistustest kõrgemale, näiteks külmema ja tihedama õhu masside korral või üle küngaste ja mägede.
Jahutamine
Tõusev õhk, madalama õhurõhuga kihtides, on sunnitud paisuma ja jahtuma. Laienemine nõuab kineetilise energia kulutamist, mis võetakse atmosfääriõhu soojuslikust ja potentsiaalsest energiast ning see protsess viib paratamatult temperatuuri languseni. Õhu tõusva osa jahutuskiirus muutub sageli, kui seda osa segatakse ümbritseva õhuga.
Kuiv adiabaatiline gradient
Kuiv õhk, milles puudub kondenseerumine ega aurustumine, samuti segunemine, mis ei saa energiat muul kujul, jahutatakse või kuumutatakse püsiva väärtuseni (temperatuuril 1 ° C iga 100 meetri kohta), kui see tõuseb või langeb. Seda väärtust nimetatakse kuivadeks adiabaatilisteks gradientideks. Kuid kui tõusev õhumass on niiske ja selles tekib kondensaat, vabaneb kondensaadi varjatud kuumus ja auruga küllastunud õhu temperatuur langeb palju aeglasemalt.
Märg adiabaatiline gradient
Sellist temperatuurimuutuse ulatust nimetatakse märjaks adiabaatiliseks gradiendiks. See ei ole konstantne, vaid muutub vabaneva latentse soojuse koguse muutumisega, ehk teisisõnu sõltub see kondenseerunud auru kogusest. Aurukogus sõltub sellest, kui palju õhutemperatuur langeb. Madalamas atmosfääris, kus õhk on soe ja õhuniiskus kõrge, on märg adiabaatiline gradient pisut üle poole kuiva adiabaatilisest gradiendist. Kuid märg adiabaatiline gradient kasvab järk-järgult kõrgusega ja troposfääri väga suurel kõrgusel on see peaaegu võrdne kuiva adiabaatilise gradiendiga.
Liikuva õhu ujuvuse määrab selle temperatuuri ja ümbritseva õhu temperatuuri suhe. Reeglina langeb õhutemperatuur reaalses atmosfääris kõrgusega ebaühtlaselt (seda muutust nimetatakse lihtsalt gradiendiks).
Kui õhumass on soojem ja seetõttu vähem tihe kui ümbritsev õhk (ja niiskusesisaldus on konstantne), tõuseb see õhku nagu lapsepall, mis on sukeldatud paaki. Ja vastupidi, kui liikuv õhk on ümbritsevast külmem, on selle tihedus suurem ja see langeb.Kui õhus on sama temperatuur kui naabermassidel, siis on nende tihedus võrdne ja mass jääb liikumatuks või liigub ainult koos ümbritseva õhuga.
Seega on atmosfääris kaks protsessi, millest üks aitab kaasa vertikaalse õhu liikumise arengule ja teine aeglustab seda.