Число ядер конденсации в облаке и околооблачном пространстве

Под задерживающими турбулентный обмен слоями (особенно инверсиями) число ядер конденсации увеличивается. Внутри облака число свободных ядер конденсации значительно меньше, чем на тех же уровнях вне облака. Размер ядер конденсации меняется в широких пределах: от 10^-7 до 10^{-3 см.}

В настоящее время ядра конденсации по размерам делят на 3 группы:

1) ядра Айткена – частицы радиусом от 5∙10^-7 до 2∙10^{-5 см;}

2) крупные ядра – частицы радиусом от 2∙10^-5 до 10^{-4 см;}

3) гигантские ядра – частицы радиусом больше 10^-4 см.

Изменение размеров ядер конденсации может происходить в результате их коагуляции: объединения (слипания) при столкновении. Опытным путем установлено, что при одном и том же значении первоначальной концентрации ядер конденсации, более мелкие частицы коагулируют быстрее, чем крупные. В неоднородном аэрозоле скорость уменьшения числа частиц под влиянием коагуляции возрастает.

К наиболее активным ядрам конден­сации относятся растворимые гигроскопические частицы солей и кислот, различными путями попадающие в атмосферу. Адсорбируя на своей поверхности молекулы водяного пара, гигроскопические частицы играют роль основы для образования зародышевых капель, первоначально состоящих из концентри­рованного раствора солей или кислот. Давление насыщенного пара над поверхностью такой капли значительно меньше, чем над пресной водой. Таким образом, создаются благоприятные условия для образования зародышевых капель даже при относительной влажности, несколько меньшей 100 %. Для дальнейшего роста образовавшейся капли сначала требуется все большая и большая относительная влажность, так как хотя и уменьшается кривизна поверхности капли, но уменьшается также и концентрация образующего ее раствора. Последний фактор оказывает на давление насыщенного пара над поверх­ностью капли большее влияние, чем уменьшение кривизны ее поверхности.

Таким образом, при наличии в воздухе гигроскопических ядер появляется возможность для начала конденсации, в ре­зультате чего образуются зародышевые капли. Они могут про­должать расти только в случае, если парциальное давление во­дяного пара в воздухе больше давления насыщенного пара над поверхностью капель. Обычно это имеет место при относитель­ной влажности 101–102 %.

Иначе происходит процесс конденсации на негигроскопиче­ских, но смачиваемых водой ядрах, к которым относятся взве­шенные в воздухе частицы почвы, горных пород, органических веществ, некоторые микроорганизмы и т. д. Эти частицы в боль­шом количестве поступают в атмосферу при ее турбулентном перемешивании и под воздействием восходящих движений воз­духа. Ядрами конденсации могут служить также частицы кос­мической и вулканической пыли. Такие ядра адсорбируют на своей поверхности молекулы водяного пара и сразу играют роль готовых зародышевых капель. Размеры смачиваемых ядер дол­жны быть больше, чем гигроскопических, так как лишь при та­ком условии конденсация может произойти при сравнительно небольшом пересыщении водяного пара. На мелких негигроско­пических ядрах конденсации не происходит, так как для ее на­чала необходимо большое перенасыщение пара, которое в ат­мосфере обычно отсутствует.

Сублимация водяного пара в атмосфере происходит на мель­чайших частицах льда, образующихся при распаде ранее уже имевшихся ледяных кристаллов, или на замерзших зародыше­вых каплях. Сублимация на таких частицах начинается уже при относительной влажности менее 100 % по отношению к плоской поверхности переохлажденной воды. Объясняется это тем, что давление насыщенного пара надо льдом меньше, чем над пере­охлажденной водой при той же температуре.