6.10. Кандэнсацыя вадзяной пары ў атмасферы
Кандэнсацыяй называецца працэс пераходу вады з газападобнага ў вадкі стан. Пераход жа вадзяной пары непасрэдна ў цвёрдую фазу, мінуючы вадкую, называецца сублімацыяй. Кандэнсацыя ўяўляе сабой згушчэнне вадзяной пары, г. зн. у паветры паяўляюцца дробныя зародкавыя кроплі, якія здольныя павялічвацца ў памеры і ўтвараць воблакі.
Кандэнсацыя вадзяной пары адбываецца ў тым выпадку, калі пругкасць вадзяной пары перавышае пругкасць насычэння (е > Е). Гэты лішак вільгаці пераходзіць у вадкі стан. Згушчэнне вадзяной пары і кандэнсацыя адбываюцца ў выпадках паніжэння тэмпературы паветра ніжэй кропкі расы (t < td). Такім чынам, паніжэнне тэмпературы з’яўляецца галоўнай прычынай кандэнсацыі ў атмасферы.
У сваю чаргу, тэмпература паветра паніжаецца пераважна пры яго падняцці за кошт адыябатычнага ахалоджвання.
Вертыкальнае падняцце паветра і адыябатычнае паніжэнне тэмпературы, якое правакуе працэс кандэнсацыі, адбываецца ў наступных выпадках:
1) Пры канвектыўных патоках;
2) Турбулентнасці;
3) На атмасферных франтах;
4) На араграфічных схілах;
5) На грэбнях атмасферных хваляў.
Зразумела, што ў залежнасці ад той ці іншай прычыны падняцця паветра, утвараецца растайныя формы воблакаў на небасхіле.
Прадукты кандэнсацыі (раса, іней, шэрань, туман) узнікаюць таксама на зямной паверхні. Аднак, прычынай кандэнсацыі тут з’яўляецца не падняцце паветра і адыябатычныя працэсы, а радыяцыйнае ахалоджванне зямной паверхні і адвекцыя паветраных мас.
6.11. Ядры кандэнсацыі
Аказваецца, што для кандэнсацыі аднаго паніжэння тэмпературы недастаткова. У ідэальна чыстым без механічных дамешкаў паветры, нават пры згушчэнні вадзяной пары, кандэнсацыя не ўзнікае. Для таго, каб адбылася кандэнсацыя, ў паветры неабходна наяўнасць ядраў кандэнсацыі. Пры наяўнасці ядраў кандэнсацыі згушчэнне вадзяной пары адбываецца хутка.
Ядрамі кандэнсацыі з’яўляюцца механічныя дамешкі – аэразолі, якія ўтрымліваюцца ў атмасферы (гл. параграф 2.2.4). Крыніцай ядраў кандэнсацыі з’яўляюцца акіяны, кантыненты і антрапагенная дзейнасць. У атмасферу трапляюць крышталі солі, пыл, прадукты вулканізма, гарэння, прамысловыя выкіды.
Істотнай крыніцай ядраў кандэнсацыі для атмасферы з’яўляецца раслінны свет. Расліны ў працэсе транспірацыі разам з вільгаццю пастаўляюць у атмасферу іоны хлора, сульфата амонія, калія, натрыя, кальцыя, магнія і інш. Паводле дадзеных Л.Г.Бондарава (1981) пры транспірацыі ў глабальным масштабе ў атмасферу выносіцца на працягу года каля 1,2-1,4 млрд т мінеральных рэчываў—ядраў кандэнсацыі.
Ядры кандэнсацыі валодаюць гіграскапічнасцю – здольнасцю паглынаць вадзяную пару і гэтым самым паскараць кандэнсацыю. Гэта паскарэнне абумоўлена тым, што пругкасць насычэння над воднымі растворамі меньш, чым над дысталяванай кропелькай.
6.12. Воблакі
Вялікая колькасць прадуктаў кандэнсацыі – кропляў і крышталяў, называецца воблакамі. Воблакі маюць складаны механізм утварэння. Яны бесперапынна пераносяцца паветранымі масамі, выпарваюцца і ўзнаўляюцца. Воблакі існуюць некалькі дзесяткаў мінут, звычайна 30 мінут. Воблачныя элементы з-за невялікіх сваіх памераў знаходзяцца на вышыні ў завіслым стане за кошт турбулентных і канвектыўных рухаў паветра. Ва ўмовах узбуйнення воблачных элементаў з воблака на зямную паверхню выпадаюць ападкі. Воблакі бесперапынна развіваюцца і відазмяняюцца. Адначасова працякаюць працэсы кандэнсацыі – воблакаўтварэнне і выпарэнне кропель і крышталяў.
Воблакі ўплываюць на разнастайныя атмасферныя працэсы і з’явы. З воблакаў выпадаюць ападкі. Воблачнае покрыва днём змяншае прыток сонечнага цяпла і святла, а ноччу рэзка аслабляе выпраменьванне і ахаладжэнне зямной паверхні. Воблакі перашкаджаюць узнікненню замаразкаў, туманаў, ускладняюць палёты авіяцыі.
На рыс. 6.7 прыведзена схема будовы воблака ў вертыкальным разрэзе.
1 0 22 3 4 5 tоС
Рыс. 6.7. Будова воблака ў вертыкальным разрэзе
Пры падняцці паветра яго тэмпература паніжаеца паводле сухаадыябатычнага закону да ўзроўня кандэнсацыі. На гэтым узроўні вадзяная пара дасягае стану насычэння. Узровень кандэнсацыі з’яўляецца ніжняй мяжой воблакаў, вышэй якой развіваецца вільгацеадыябатычны працэс. Паміж узроўнем кандэнсацыі і ўзроўнем нулявой ізатэрмы воблака складаецца з вадзяных кропель. Вышэй узроўня нулявой ізатэрмы воблачныя кроплі знаходзяцца ў пераахалоджанным стане. Пераахалоджаныя кроплі ў воблаках назіраюцца да ўзроўня замярзання – 12 ... – 17°С. Вышэй гэтага ўзроўня адбываецца сублімацыя вадзяной пары, а таксама замярзанне пераахалоджаных кропель, дзе воблака складаецца з ледзяных крышталяў.
Верхняй мяжой воблачнага покрыва з’яўляецца ўзровень канвекцыі, на якім прыпыняецца вертыкальнае падняцце паветра.
Відавочна, што магутнасць воблака залежыць ад суадносін паміж узроўнем кандэнсацыі і ўзроўнем канвекцыі. Чым сушэй паветра і больш тэмпература, тым вышэй ляжыць узровень кандэнсацыі. У тропіках і субтропіках узровень кандэнсацыі знаходзіцца вышэй узроўня канвекцыі. Вадзяная пара ў гэтых шыротах не дасягае стану насычэння. Да таго ж, перашкодай для вертыкальнага падняцця паветра тут з’яўляецца пасатная інверсія, якая ўтвараецца ніжэй узроўня кандэнсацыі.