ТЕМА № 5. ВОДА У АТМОСФЕРІ.
ВОДЯНА ПАРА В ПОВІТРІ
Відсотковий вміст водяної
пари у вологому повітрі біля земної поверхні
складає в середньому від 0,2% у полярних широтах до
2,5% в екватора, а в окремих
випадках коливається майже від нуля до 4%. У зв'язку з цим
стає перемінним і відсоткове співвідношення
інших газів у вологому повітрі. Чим більше в повітрі водяної пари, тим менша частина її
об'єму доводиться на постійні
гази при тих же тиску і температурі.
Водяна пара безупинно надходить в атмосферу шляхом випари
з водних поверхонь і вологого
ґрунту, а також у результаті транспірації рослинами, при цьому в різних місцях і
в різний час він надходить у різних кількостях. Від земної поверхні водяна пара поширюється нагору, а повітряними плинами переноситься з одних місць Землі в інші.
В атмосфері може виникати стан насичення. У такому
стані водяна пара міститься в повітрі в кількості, гранично можливій при даній температурі. Водяну пара при цьому називають як ту, що насичує, а повітря,
що містить його, насиченим. Стан насичення звичайно досягається при зниженні температури повітря. Коли цей стан досягнутий, те при подальшому зниженні температури частина водяної пари стає надлишковою і конденсується,
переходить у рідкий або твердий стан.
У повітрі виникають водяні краплі і крижані
кристали хмар і туманів. Хмари можуть знову випаровуватися;
в інших випадках краплі і кристали
хмар, збільшуючись, можуть випадати на земну поверхню у виді опадів. Внаслідок
усього цього утримання водяної пари в кожній ділянці атмосфери безупинно змінюється.
З водяною
парою в повітрі і з її переходами з газоподібного стану в рідкий та твердий пов'язані
найважливіші процеси погоди й особливості клімату. Наявність водяної пари в атмосфері істотно позначається на теплових умовах атмосфери і земної поверхні.
Водяна пара сильно поглинає
довгохвильову інфрачервону радіацію, що випромінює
земна поверхня. У свою чергу
і сама вона випромінює інфрачервону радіацію, велика частина якої йде
до земної поверхні. Це зменшує нічне
охолодження земної поверхні і тим
самим також нижніх шарів повітря.
На випаровування води з
земної поверхні витрачаються великі кількості
тепла, а при конденсації водяної
пари в атмосфері це тепло передається в повітря. Хмари, що виникають у результаті конденсації, відбивають і поглинають
сонячну радіацію на її шляху до земної поверхні. Опади, що випадають із хмар,
є найважливішим елементом погоди і клімату.
Нарешті,
наявність водяної пари в атмосфері має важливе значення для фізіологічних
процесів, які відбуваються як у живій природі взагалі, так і в окремо взятій
живій істоті чи рослині.
Тиск водяної
пари і відносна вологість.
Вміст водяної пари в повітрі називають вологістю повітря. Основні характеристики
вологості - це парціальний тиск водяної пари (тиск водяної пари, е, гПа ) і відносна вологість ( f,
% ). Водяна
пара, як усякий газ, має пружність (тиск). Тиск водяної пари є пропорційним її щільності
(масі в одиниці об'єму) і її абсолютній температурі. Він виражається в тих же одиницях, що й тиск повітря
і всіх його
складових частин, тобто в гектопаскалях (мілібарах).
В даний час у науковій літературі обов'язковим є вживання Міжнародної системи одиниць (СІ - система інтернаціональна), у якій
основною одиницею тиску
служить паскаль (1 Па = 1 Н/м2; 1 гПа=102 Па). 1 Па = 100 гПа (гектопаскалі)
Тиск водяної пари в стані насичення називають тиском насиченої водяної пари ( Е_).
Це максимальний тиск водяної пари, можливий при даній температурі. Наприклад, при температурі 0°С тиск насиченої пари дорівнює 6,1 гПа. Якщо повітря містить
водяної пари менше, ніж потрібно для насичення його при даній температурі, можна визначити, наскільки повітря близьке до стану насичення. Для цього обчислюють відносну вологість.
Так називають відношення
фактичного тиску е водяної
пари, що знаходиться в повітрі, до тиску насиченої пари Е при температурі повітря, виражене у відсотках:
f= (е/Е)100 , % 
Наприклад, при температурі 20
°С тиск насиченої пари дорівнює 23,4 гПа. Якщо при цьому фактичний тиск водяної пари в повітрі буде 11,7 гПа, то відносна
вологість повітря дорівнює (11,7:23,4) х100=50%.
Тиск водяної пари в земної поверхні
змінюється від сотих часток гектопаскаля (при дуже
низьких температурах взимку в Антарктиді і Якутії) до 35 гПа
і більш (поблизу екватора). Чим тепліше повітря, тим більше водяної
пари він може містити в стані насичення і, відповідно,
тим більше може бути в ньому тиск водяної пари.
Відносна вологість повітря може набувати всіх значень, від нуля, у випадку сухого повітря (е=0), до
100% для стану насичення (е = Е).
ПРОДУКТИ КОНДЕНСАЦІЇ ВОДЯНОЇ ПАРИ
В АТМОСФЕРІ
Краплі і кристали, на відміну від
пилу та аерозолів, виникають у самій атмосфері при конденсації водяної пари і
можуть зникати, не випадаючи, унаслідок випаровування. Якщо вони дуже розріджені й дрібні,
то виявляються по деякому помутнінню повітря синюватого або сіруватого кольору - серпанку.
Більш щільні їхні скупчення - хмари і тумани. Краплі хмар звичайно дуже
дрібні - діаметром від одиниць до десятків мікрометрів (тобто від тисячних
до сотих часток міліметра). У кожному кубічному сантиметрі хмарного повітря міститься декілька десятків або сотень крапель.
Це значить, що на один кубічний метр хмарного повітря доводиться усього декілька грамів або навіть часток
грама рідкої води. Кристали в хмарах також у більшості дуже дрібні. Тому хмари можуть довгостроково утримуватися в атмосфері в завислому стані внаслідок опору повітря і його висхідних
рухів. Але в хмарах може відбуватися й укрупнення хмарних
елементів; досягнувши визначених
розмірів, вони починають випадати з хмар
у вигляді
опадів - крапель дощу, кристалів снігу й ін.
Хмари спостерігаються на різних
висотах у межах нижніх 10-
