5.3. Конденсація і сублімація

Конденсація — вода з пароподібного стану переходить у рідкий. При цьому виділяється теплота, що була витрачена на випар. При температурі нижче 0° С вода може, минаючи рідкий стан, перейти у твердий. Цей процес називається сублімацією.

Крім охолодження повітря нижче температури точки роси (тобто при наближенні парціального тиску до тиску насиченої водяної пари), для початку конденсації чи сублімації водяної пари ще необхідна наявність у повітрі так званих ядер конденсації та сублімації, що являють собою аерозолі (частіше це часточки різних солей або інших речовин). Зараз вважають, що аерозолі, розміром 0,2–1,0 мкм, можуть бути ядрами конденсації.

У очищеному повітрі, яке не має аерозольних часток, для початку конденсації парціальний тиск водяної пари повинен в 6–8 разів перевищувати тиск насиченої пари при даній температурі. У реальній атмосфері, яка містить аерозольні частки, конденсація водяної пари починається при відносній вологості повітря, близькій до 100 %, не завжди досягаючи цього значення.

Пониження температури повітря нижче точки роси можливо внаслідок:

• охолодження діяльної поверхні шляхом ефективного випромінювання і наступного охолодження прилеглого шару атмосфери;

• надходження теплого повітря на холодну діяльну поверхню;

• змішання двох мас повітря, що близькі до насичення водяною парою, але мають різну температуру;

• адіабатичного підняття повітря (адіабатичного охолодження).

І конденсація і сублімація можуть відбуватися і на земній поверхні, і на поверхні різних предметів.

Коли температура повітря, що охолоджується від підсилюючої поверхні, досягає точки роси, на холодну поверхню з нього осідають роса, іній, рідкий і твердий нальоти, паморозь (наземні гідрометеори).

Скупчення продуктів конденсації та сублімації (крапельок води, кристаликів льоду) у приземних шарах повітря називається туманом або серпанком.

І конденсація і сублімація можуть відбуватися і на земній поверхні, і на поверхні різних предметів.

Коли температура повітря, що охолоджується від підсилюючої поверхні, досягає точки роси, на холодну поверхню з нього осідають роса, іній, рідкий і твердий нальоти, паморозь.

Наземні продукти конденсації та сублімації

Роса — дрібні краплі води, що утворяться на поверхні ґрунту, на каменях, на листах рослин при температурі вище 0°С. Роса утворюється внаслідок радіаційного охолодження діяльного шару в ясні тихі ночі, коли цей шар і прилегле до нього повітря прохолоджуються нижче точки роси і вода, що скондесувалася, починає осідати у виді крапельок. Роса зникає незабаром після сходу Сонця унаслідок випару.

Теплота, що виділяється при утворенні роси, може запобігти настанню приморозку. Інтенсивність утворення роси і її кількість вимірюють росографом.

Іній — дрібні кристали льоду, що покривають поверхню землі і наземних предметів. Він утворюється так само, як і роса, але в тих випадках, коли температура точки роси нижче 0 °С и земна поверхня охолоджена нижче 0 °С. Варто підкреслити, що іній утворюється не внаслідок замерзання крапель роси, а безпосередньо з водяної пари. Пар відразу переходить у твердий стан — лід, минаючи рідку фазу — воду (що називається сублімацією). При утворенні роси виділяється прихована теплота, при утворенні інею тепло, навпаки, поглинається.

Рідкий і твердий наліт — тонка водяна чи крижана плівка, що утвориться на вертикальних поверхнях (стіни, стовпи і т.п.) при зміні холодної погоди на теплу в результаті зіткнення вологого і теплого повітря з охолодженою поверхнею.

Паморозь — пухкий шар сніговидної маси, що наростає на гілках, проводах і т.п. (зерниста паморозь), чи пухкий шар кристаликів льоду, що наростає шляхом сублімації (кристалічна паморозь). Зерниста паморозь утвориться звичайно при потепленні після сильних морозів, при тумані і відносно теплому вітрі при температурі —2 ... —7 °С, а кристалічна — при температурі нижче —15 °С.

Ожеледь — шар гладкого прозорого чи мутного льоду, що утвориться на деревах і інших наземних предметах унаслідок намерзання переохолоджених крапель дощу або туману при їхньому зіткненні з поверхнею предметів, охолодженими нижче 0 °С. Ожеледь утвориться переважно з навітряної сторони предметів.

Ожеледиця — шар гладкого прозорого чи мутного льоду, що утворюється земній поверхні за тих же самих температурних умов, що і ожеледь.

Скупчення продуктів конденсації чи сублімації (крапельок води, кристаликів льоду) в безпосередній близькості до земної поверхні називається туманом або серпанком.

Туман і серпанок розрізняються розмірами крапельок і викликають різний ступінь зниження видимості. При тумані видимість 1 км і менше, при серпанку — більше 1 км (але менше 10 км). При укрупненні крапельок серпанок може перетворитися в туман. Випар вологи з поверхні крапельок здатний викликати перехід тумана в серпанок. У залежності від причин, що приводять до утворення тумана, виділяють кілька типів туманів.

Радіаційний туман (туман випромінювання) викликається поступовим охолодженням шару повітря від поверхні, що віддала тепло шляхом випромінювання. Утворенню радіаційного тумана сприяє ясна, тиха або зі слабким вітром погода. Улітку, вночі і над ранок над низькими і сирими місцями утвориться низький радіаційний туман потужністю до 2 м. Узимку і восени радіаційний туман досягає висоти 2000 м і зберігається кілька днів.

Адвективний туман (туман переміщення) утворюється при переміщенні теплого повітря на холодну поверхню. Цей туман охоплює великі площі і поширюється на значну висоту. Прикладами адвективних туманів можуть бути тумани, що виникають у холодний час року при русі повітря з низьких широт у високі, літні тумани над північним морями, що викликані приходом теплого повітря з континенту, приморські тумани — результат приходу узимку теплого повітря з моря на холодну поверхню і т.п.

Туман змішування виникає при змішанні двох мас повітря з різною температурою, близьких до насичення.

Туман випаровування утворюються під впливом випаровування з теплої вологої поверхні у відносно холодне повітря.

Якщо конденсація (або сублімація) водяної пари відбувається на деякій висоті над поверхнею, утворяться хмари. Від туману вони відрізняються положенням в атмосфері, фізичною будовою і розмаїтістю форм.