Зависимость давления насыщения

Давление насыщения зависит от характеристик испаряющей поверхности, растворов солей и электрических зарядов.

Кривизна испаряющей поверхности.

Над выпуклой поверхностью давление насыщения (Е) больше, чем над плоской поверхностью.

Над вогнутой поверхностью давление насыщения (Е) меньше, чем над плоской поверхностью.

В условиях атмосферы выпуклую поверхность имеют капли воды. Для начала конденсации водяного пара на очень мелких частицах (r ) необходимо трех-, четырехкратное перенасыщение водяного пара.

Для r > (1 мкм) кривизна не влияет на насыщение.

Вывод: в облаках и туманах, если они достаточно устойчивы, относительная влажность в них около 100 %.

Растворы солей. В реальных условиях атмосферы водяной пар конденсируется на ядрах конденсации, которые представляют собой частицы всевозможных солей и других веществ. Давление насыщения над раствором всегда меньше давления насыщения над чистой водой (при одной и той же температуре).Конденсация водяного пара начинается при определенном значении относительной влажности, так для морской соли она составляет около 78%.

Электрические заряды. Наличие на капле электрического заряда приводит к уменьшению равновесного давления водяного пара. С влиянием электрических зарядов необходимо считаться лишь в случаях мелких капель радиусом около 10^-6 ÷ 10^-7.

 

Ядра конденсации

Ядра конденсации способствуют конденсации водяного пара в атмосфере. Они могут быть растворимыми и нерастворимыми.

К растворимым ядрам конденсации относятся частицы морской соли, попадающих в атмосферу через брызги, возникающие на гребнях волн при сильном ветре. К ним также относятся и кристаллы соли, возникшие в атмосфере при реакциях взаимодействия атмосферных газов.

К нерастворимым ядрам конденсации относятся частицы пыли разнообразного состава, некоторые бактерии и частицы, загрязняющие атмосферу.

По своим размерам ядра конденсации делятся на:

· Малые ядра или ядра Айткена. Их радиус находится в пределах 0,005 ÷ 0,2 мкм. Они активны лишь при перенасыщении на 20 % и более.

· Облачные ядра. Их размеры находятся в пределах от 0,2 до 1 мкм. Они активны в облачных процессах.

· Гигантские ядра. Их размеры более 1 мкм. Это чаще всего частицы морской соли.

В воздухе больших городов концентрация ядер Айткена достигает

5 – 7·10⁴ см^-3, облачных ядер ~3·10³ см ³ и гигантских ядер до 1·10³ см ³.

Из атмосферы ядра удаляются в результате процесса конденсации на них водяного пара, приводящего к образованию капель или снежинок, броуновской коагуляции, уменьшающей число самых мелких частиц (вследствие их захвата каплями, и особенно снежинками) и вымывания их из атмосферы при выпадении осадков.

Круговорот воды

Водяной пар поступает в атмосферу в процессе испарения с земной поверхности. В атмосфере водяной пар переносится упорядоченными воздушными течениями и путем турбулентного перемешивания. Благодаря процессам испарения и конденсации в атмосфере непрерывно происходит круговорот воды.

С поверхности океана (361 млн км²) в течение года испаряется слой воды толщиной 1 м 42,3 см или 5,14·10¹⁴ т.

С поверхности материков испаряется слой воды равный 42,3 см или 0,63·10¹⁴ т.

Толщина слоя осадков, выпавших за год,

- на океанах 1 м 31,3 см или 7,74·10¹⁴ т,

- на материках 68,9 см или 1,03·10¹⁴ т,

- по Земному шару 1 м 13,1 см или 5,77·10¹⁴ т.

Количество осадков на материках значительно превышает испарение. Это превышение составляет 26,6 см или 0,4·10¹⁴ т и означает, что основная масса водяного пара поступает на материки из океанов.

В атмосфере содержится в среднем 1,29·10¹³ т влаги, что эквивалентно слою воды в 25,5 мм. Водяной пар обновляется в атмосфере в среднем 45 раз в год или каждые 8,1 суток.

Энергия, затрачиваемая на испарение воды, составляет 2,82 Дж с 1 см² земной поверхности. Затраты тепла на испарение составляют ~30 % поглощаемого Землей тепла. Приток тепла от конденсации водяного пара в атмосфере, равный затратам тепла на испарение, примерно в 15 раз больше скорости генерации кинетической энергии, равной для всей атмосферы 2·10¹² кВт.

Эти данные подчеркивают огромную роль, которую играют процессы фазовых переходов воды в энергетическом балансе земной атмосферы.