Контекст: Конденсация и облака

Ключевые слова: испарение, конденсация, насыщенность, формирование частиц

1.    ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО                  ЖИДКОСТЬ                                             ГАЗ

Вещество может иметь три различных состояния.

График: заимствован из NASA.

Мы знаем, что вода и другие химические вещества могут менять свои агрегатные состояния. Лед превращается в воду, в точке плавления, вода – в пар, в точке кипения. Мы также знаем, что вода может испаряться при намного низких температурах, чем точка кипения. Химические соеденения в атмосфере не только изменяют физические состояния, но также вступают в химические реакции. В воздухе химически сформированное соединение может быть в газовой фазе, хотя обычно оно было бы твердым при данной температуре. Что случается с такими соединениями, которые имеют намного более низкое давление пара и более высокую точку кипения, чем вода?

Такие отдельные молекулы сразу не падают на землю, но планируют в воздухе и могут столкнуться с другими большими молекулами, остаться с ними и формировать парные молекулы. Последние могут встретить другие большие молекулы, слиться с ними и, наконец, сформировать кластер. Это первый шаг “нуклеации” и формирования частицы. Мы можем сказать, что это процесс ресублимации или конденсации, но он намного сложнее, так как при этом могут быть вовлечены различные химические примеси.

Если большие твердые или жидкие группы молекул планируют в воздухе, мы называем их частицами аэрозоля. Если они состоят из воды в твердой или жидкой фазе, мы называем их не частицами аэрозоля, а ледяными кристаллами или капельками. Чем меньше частицы, тем дольше они могут оставаться в воздухе перед тем как упадут на землю. Мы всегда окружены жидкими или твердыми частицами, планирующими в атмосфере.

Испаряющаяся в воздух вода вызывает увеличение влажности. Воздух определенной температуры может принять только ограниченное количество воды, после чего он будет насыщен влагой. Относительная влажность в этом случае – 100 %. Чем холоднее воздух, тем меньше воды необходимо ему для насыщения. Это означает, что если очень влажный и теплый воздух поднимется выше, в более прохладные высоты, точка насыщения может быть превышена и будет иметь место конденсация и формирование облаков(см. рис.2). Но облака формируются не только из воды.

Водные молекулы принимают много энергии в течение испарения. Если молекулы сталкиваются в воздухе, хоть и насыщеном влагой, они имеют слишком много энергии, чтобы держаться друг друга. Ни одна из молекул не может избавиться от энергии в таком столкновении и отталкиваются друг от друга. В абсолютно свободном от частиц воздухе, облака не сформировались бы, если насыщенность воздуха была бы даже 200 %. Но в действительности, воздух всегда содержит частицы аэрозоля. Молекулы воды сталкиваются с этой частицей, отдают большую часть энергии частице и прилипают к ее поверхности. Все больше молекул воды делает то же самое и, наконец, окружают частицу слоем воды. Капелька растет. Множество капелек формируют туманы и облака.