Kondenzacija je sprememba kombinacije snovi iz plinaste v tekočo ali trdno snov. Toda kaj je kondenzacija v mastabi planeta?
Zemljin atmosferski planet v vsakem trenutku vsebuje več kot 13 milijard ton vlage. Ta številka je skoraj konstantna, saj se izgube zaradi padavin na koncu nenehno kompenzirajo z izhlapevanjem.
Hitrost kroženja vlage v atmosferi
Hitrost kroženja vlage v ozračju je ocenjena na kolosalni podatek - približno 16 milijonov ton na sekundo ali 505 milijard ton na leto. Če bi se vsa vodna para v atmosferi kondenzirala in oborila, bi lahko ta voda pokrila celotno površino sveta s plastjo približno 2,5 centimetra, z drugimi besedami, ozračje vsebuje količino vlage, ki ustreza le 2,5 centimetra dežja.
Kako dolgo je molekula hlapov v atmosferi?
Ker na Zemlji v povprečju izpade 92 centimetrov na leto, se zato vlaga v ozračju posodobi 36-krat, torej 36-krat, ko je ozračje nasičeno z vlago in se iz njega osvobodi. To pomeni, da molekula vodne pare ostane v atmosferi povprečno 10 dni.
Pot molekule vode
Ko izhlapi, se molekula vodne pare premika običajno na stotine in tisoč kilometrov, dokler se ne kondenzira in pade na Zemljo s padavinami. Voda, ki pada v obliki dežja, snega ali toče na višinah zahodne Evrope, pokriva približno 3000 km od severnega Atlantika. Med pretvorbo tekoče vode v paro in padavinami na Zemlji se odvija več fizičnih procesov.
S tople površine Atlantika se molekule vode spustijo v topel vlažen zrak, ki se nato dvigne nad hladnejši (gostejši) in bolj suh zrak, ki ga obdaja.
Če opazimo močno turbulentno mešanje zračnih mas, se na meji obeh zračnih mas v atmosferi pojavi sloj mešanja in oblakov. Približno 5% njihove prostornine predstavlja vlaga. Zrak, nasičen s paro, je vedno lažji, prvič, ker se segreje in prihaja s tople površine, in drugič, ker je 1 kubični meter čiste pare približno 2/5 lažji od 1 kubičnega metra čistega suhega zraka pri isti temperaturi in pritisk. Iz tega sledi, da je vlažen zrak lažji od suhega, še bolj pa topel in vlažen. Kot bomo videli pozneje, je to zelo pomembno dejstvo za procese vremenskih sprememb.
Gibanje zračne mase
Zrak se lahko dvigne iz dveh razlogov: bodisi zato, ker postane lažje zaradi segrevanja in vlaženja, bodisi zato, ker nanj delujejo sile, zaradi katerih se dvigne nad določenimi ovirami, na primer zaradi mase hladnejšega in gostejšega zraka ali nad hribi in gorami.
Hlajenje
Naraščajoči zrak, ki je enkrat v plasteh z nižjim atmosferskim tlakom, se mora prisiliti, da se širi in še vedno hladi. Razširitev zahteva porabo kinetične energije, ki se jemlje iz toplotne in potencialne energije atmosferskega zraka, ta postopek pa neizogibno vodi v znižanje temperature. Hitrost hlajenja naraščajočega dela zraka se pogosto spreminja, če ta del pomešamo z okoliškim zrakom.
Suhi adiabatni gradient
Suhi zrak, pri katerem ni kondenzacije ali izhlapevanja, pa tudi mešanje, ki ne dobi energije v drugi obliki, se med dvigovanjem ali padanjem ohladi ali segreje na konstantno vrednost (za 1 ° C na vsakih 100 metrov). Ta vrednost se imenuje suhi adiabatni gradient. Če pa je naraščajoča zračna masa vlažna in v njej pride do kondenzacije, se nato sprošča latentna toplota kondenzacije in temperatura zraka, nasičenega s paro, pade veliko počasneje.
Mokri adiabatni gradient
To velikost spremembe temperature imenujemo mokri adiabatni gradient. Ni konstantna, ampak se spreminja s spremembo količine latentne toplote, ki se sprošča, z drugimi besedami, odvisna je od količine kondenzirane pare. Količina pare je odvisna od tega, koliko pade temperatura zraka. V spodnji atmosferi, kjer je zrak topel in vlaga visoka, je mokri adiabatni gradient nekoliko več kot polovica suhega adiabatskega gradienta. Toda mokri adiabatni gradient postopoma raste z višino in na zelo visoki nadmorski višini v troposferi je skoraj enak suhem adiabatnemu gradientu.
Vzgon gibljivega zraka se določi z razmerjem med njegovo temperaturo in temperaturo okoliškega zraka. Praviloma v resničnem ozračju temperatura zraka pade neenakomerno z višino (to spremembo imenujemo preprosto gradient).
Če je masa zraka toplejša in zato manj gosta od okoliškega zraka (vsebnost vlage pa je konstantna), se dvigne kot otroška kroglica, potopljena v rezervoar. In obratno, ko je gibljivi zrak hladnejši od okoliškega, je njegova gostota večja in pade.Če ima zrak enako temperaturo kot sosednje mase, potem je njihova gostota enaka, masa pa ostane nepremična ali se giblje le skupaj z okoliškim zrakom.
Tako sta v atmosferi prisotna dva procesa, od katerih eden prispeva k razvoju navpičnega gibanja zraka, drugi pa ga upočasni.