Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Materia » Condensarea în atmosferă (Vapori de apă)

Condensarea în atmosferă (Vapori de apă)

postat în: Materia 0

Creșterea cantităților de vapori de apă stratosferici în timp (Dovezi privind creșterea cantităților de vapori de apă stratosferici în timp în Boulder, Colorado.)

Apa gazoasă reprezintă un element mic, dar semnificativ din punct de vedere ecologic, al atmosferei. Procentul de vapori de apă din aerul de suprafață variază de la 0,01% la -42 °C până la 4,24% atunci când punctul de condensare este de 30 °C. Aproximativ 99,13% din acesta este în troposferă. Condensarea vaporilor de apă în faza lichidă sau de gheață este responsabilă pentru nori, ploaie, zăpadă și alte precipitații, toate acestea fiind printre cele mai importante elemente ale fenomenelor meteorologice. Mai puțin evident, căldura latentă de vaporizare, care este eliberată în atmosferă ori de câte ori are loc condensarea, este unul dintre cei mai importanți termeni din bugetul energiei atmosferice atât la scară locală, cât și la scară globală. De exemplu, eliberarea căldurii latente în convecția atmosferică este direct responsabilă pentru alimentarea furtunilor distructive, cum ar fi cicloanele tropicale și furtunile puternice. Vaporii de apă reprezintă cel mai puternic gaz de seră din cauza prezenței legăturii hidroxilice care absoarbe puternic în regiunea infraroșie a spectrului de lumină.

Apa din atmosfera pământului nu este doar sub punctul său de fierbere (100 °C), dar la altitudine se află sub punctul de congelare (0 °C), datorită atracției foarte polare a apei. Atunci când este combinată cu cantitatea sa, vaporii de apă au un punct de rouă relevant și un punct de îngheț, spre deosebire de, de ex., dioxidul de carbon și metan. Vaporii de apă au astfel o înălțime de scară, o fracțiune din cea a masei atmosferice, deoarece apa condensează și iese, în primul rând în troposferă, cel mai de jos strat al atmosferei. Dioxidul de carbon (CO2) și metanul, fiind nepolare, se ridică deasupra vaporilor de apă. Absorbția și emisia ambilor compuși contribuie la emisia Pământului în spațiu și, prin urmare, la efectul de seră planetar. Această forță de seră este direct observabilă, prin caracteristici spectrale distincte față de vaporii de apă, și observată că crește odată cu creșterea nivelului de CO2. Dimpotrivă, adăugarea de vapori de apă la altitudini mari are un impact disproporționat, motiv pentru care metanul (în creștere, apoi oxidarea la CO2 și două molecule de apă) și traficul aerian au efecte de încălzire disproporționat de mari.

Este mai puțin clar cum ar răspunde înnorarea la un climat de încălzire; în funcție de natura răspunsului, norii ar putea fie să amplifice fie să atenueze parțial încălzirea din gazele cu efect de seră cu durată lungă de viață.

În absența altor gaze cu efect de seră, vaporii de apă ai Pământului s-ar condensa la suprafață; acest lucru sa întâmplat probabil, mai mult decât o dată. Oamenii de știință disting astfel între gaze cu efect de seră care nu sunt condensabile și gaze cu efect de seră condensabile, respectiv reacția de mai sus a vaporilor de apă.

Se formează ceață și nori prin condensare în jurul nucleelor ​​de condensare a norului. În absența nucleelor, condensarea va avea loc numai la temperaturi mult mai scăzute. Sub condensare sau depunere persistente se formează picături de nor sau fulgi de zăpadă, care precipită atunci când ajung la o masă critică.

Conținutul de apă al atmosferei ca întreg este în mod constant epuizat prin precipitare. În același timp, el este în mod constant completat prin evaporare, cel mai vizibil din mări, lacuri, râuri și pământ umed. Alte surse de apă atmosferică includ combustia, respirația, erupțiile vulcanice, transpirația plantelor și diverse alte procese biologice și geologice. Conținutul global al vaporilor de apă din atmosferă este suficient de mare pentru a acoperi suprafața planetei cu un strat de apă lichidă de aproximativ 25 mm adâncime. Precipitațiile medii anuale ale planetei sunt de aproximativ 1 metru, ceea ce implică o rapidă fluctuație a apei în aer – în medie, timpul de rezidență al unei molecule de apă în troposferă este de aproximativ 9 până la 10 zile.

Episoadele activității geotermale de suprafață, cum ar fi erupțiile vulcanice și gheizerele, eliberează cantități variabile de vapori de apă în atmosferă. Astfel de erupții pot fi mari în termeni umani, iar erupțiile explozive majore pot injecta în mod excepțional mari mase de apă extrem de ridicate în atmosferă, dar ca procent din apa atmosferică totală, rolul acestor procese este minor. Concentrațiile relative ale diferitelor gaze emise de vulcani variază considerabil în funcție de locație și în funcție de evenimentul specific indiferent de loc. Cu toate acestea, vaporii de apă reprezintă în mod constant cel mai frecvent gaz vulcanic; ca regulă, aceasta cuprinde mai mult de 60% din totalul emisiilor în timpul unei erupții subaeriale.

Conținutul de vapori de apă atmosferic este exprimat utilizând diferite măsuri. Acestea includ presiunea vaporilor, umiditatea specifică, raportul de amestecare, temperatura punctului de rouă și umiditatea relativă.

Radarul și imagistica prin satelit

Medii globale de vapori de apă atmosferice MODIS/Terra (Medii globale de vapori de apă atmosferice MODIS/Terra)

Deoarece moleculele de apă absorb microunde și alte frecvențe ale undelor radio, apa din atmosferă atenuează semnalele radar. În plus, apa atmosferică va reflecta și va refracta semnale într-o măsură care depinde de dacă sunt vapori, lichizi sau solizi.

În general, semnalele radar își pierd puterea treptat, cu cât depășesc troposfera. Diferitele frecvențe se atenuează la rate diferite, astfel încât unele componente ale aerului sunt opace la unele frecvențe și transparente pentru altele. Undele radio utilizate pentru difuzare și alte comunicări au același efect.

Vaporii de apă reflectă radarul într-o măsură mai mică decât celelalte două faze ale apei. Sub formă de picături și cristale de gheață, apa acționează ca o prismă, ceea ce nu se întâmplă ca o moleculă individuală; totuși, existența vaporilor de apă în atmosferă determină atmosfera să acționeze ca o prismă gigantică.

O comparație a imaginilor prin satelit GOES-12 arată distribuția vaporilor de apă atmosferici în raport cu oceanele, norii și continentele Pământului. Vaporii înconjoară planeta, dar sunt distribuiți neuniform. Bucla de imagine indică media lunară a conținutului de vapori de apă cu unitățile care sunt date în centimetri, adică apa precipitabilă sau cantitatea echivalentă de apă care ar putea fi produsă dacă toate vaporii de apă din coloană ar trebui să se condenseze. Cele mai mici cantități de vapori de apă (0 centimetri) apar în galben, iar cele mai mari cantități (6 centimetri) apar în albastru închis. Zonele de date lipsă apar în nuanțe de gri. Hărțile se bazează pe datele colectate de către senzorul de rezoluție moderată Spectroradiometer (MODIS) de pe satelitul NASA Aqua. Cel mai notabil model din seria de timp este influența modificărilor sezoniere ale temperaturii și a luminii solare care cade pe vaporii de apă. În tropice, o bandă de aer extrem de umed se învârte la nord și la sud de ecuator pe măsură ce se schimbă anotimpurile. Această bandă de umiditate face parte din Zona de convergență intertropică, unde alizeele oriental din fiecare emisferă converg și produc furtuni și nori aproape zilnice. Mai departe de ecuator, concentrațiile de vapori de apă sunt ridicate în emisfera în care este vară și scăzută în cea în care este iarnă. Un alt model care apare în seria de timp este a cantităților de vapori de apă deasupra zonelor terestre care scad mai mult în lunile de iarnă decât în ​​zonele adiacente ale oceanelor. Acest lucru se datorează în mare parte faptului că temperaturile aerului peste pământ scad mai mult în timpul iernii decât temperaturile peste ocean. Vaporii de apă se condensează mai rapid în aer mai rece.

Deoarece vaporii de apă absorb lumina în domeniul spectral vizibil, absorbția sa poate fi utilizată în aplicații spectroscopice (cum ar fi DOAS) pentru a determina cantitatea de vapori de apă din atmosferă. Aceasta se realizează din punct de vedere operațional, de ex., cu spectrometrele GOME pe ERS și MetOp. Liniile mai slabe de absorbție a vaporilor de apă din domeniul spectrului albastru și ulterior în UV până la limita de disociere în jurul valorii de 243 nm se bazează în cea mai mare parte pe calcule mecanice cuantice și sunt doar parțial confirmate de experimente.

Generarea fulgerelor

Vaporii de apă joacă un rol-cheie în producerea filgerelor în atmosferă. Din fizica norilor, de obicei norii sunt adevărații generatori de încărcătură statică, care se găsesc în atmosfera Pământului. Dar abilitatea sau capacitatea norilor de a menține cantități masive de energie electrică este direct legată de cantitatea de vapori de apă prezentă în sistemul local.

Cantitatea de vapori de apă controlează direct permitivitatea aerului. În perioadele de umiditate scăzută, descărcarea statică este rapidă și ușoară. În timpul perioadelor de umiditate mai mare, se produc mai puține descărcări statice. Permisibilitatea și capacitatea lucrează mână în mână pentru a produce puterile de ordinul megawaților ale fulgerului.

După ce un nor, de exemplu, a început să devină un generator de fulgere, vaporii de apă atmosferici acționează ca o substanță (sau izolator) care scade capacitatea norului de a-și descărca energia electrică. Într-o anumită perioadă de timp, în cazul în care norul continuă să genereze și să stocheze mai multă energie electrică statică, bariera care a fost creată de vaporii de apă atmosferici se va descompune, în cele din urmă, de energia electrică potențială stocată. Această energie va fi eliberată într-o regiune locală, încărcată invers, sub formă de trăsnet. Rezistența fiecărei descărcări este direct legată de permitivitatea atmosferică, permitivitate și capacitatea de generare a sarcinii sursei.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *