Kondenzace je změna kombinace látky z plynné na kapalnou nebo pevnou. Co je ale kondenzace v mastabě planety?
V každém okamžiku obsahuje atmosférická planeta Země přes 13 miliard tun vlhkosti. Toto číslo je téměř konstantní, protože ztráty způsobené srážením jsou nakonec průběžně kompenzovány odpařováním.
Rychlost cirkulace vlhkosti v atmosféře
Rychlost cirkulace vlhkosti v atmosféře se odhaduje na kolosální číslo - asi 16 milionů tun za sekundu nebo 505 miliard tun za rok. Pokud by všechny vodní páry v atmosféře kondenzovaly a srážely se, mohla by tato voda pokrýt celý povrch zeměkoule vrstvou asi 2,5 centimetrů, jinými slovy, atmosféra obsahuje množství vlhkosti ekvivalentní pouze 2,5 centimetrům deště.
Jak dlouho je molekula páry v atmosféře?
Protože na Zemi klesá průměrně 92 centimetrů ročně, v atmosféře je vlhkost aktualizována 36krát, tj. 36krát je atmosféra nasycena vlhkostí a je z ní uvolněna. To znamená, že molekula vodní páry zůstává v atmosféře průměrně 10 dní.
Cesta molekuly vody
Jakmile se odpaří, molekula vodní páry obvykle unáší stovky a tisíce kilometrů, až kondenzuje a padá na Zemi se srážkami. Voda padající ve formě deště, sněhu nebo krupobití ve výškách západní Evropy pokrývá asi 3000 km od severního Atlantiku. Mezi přeměnou kapalné vody na páru a srážením na Zemi dochází k několika fyzikálním procesům.
Z teplého povrchu Atlantiku spadají molekuly vody do teplého vlhkého vzduchu, který následně stoupá nad chladnější (hustší) a suchší vzduch ho obklopuje.
Pokud je pozorováno silné turbulentní míchání vzduchových hmot, objeví se v atmosféře na hranici těchto dvou vzduchových vrstev vrstva míchání a mraky. Asi 5% jejich objemu je vlhkost. Vzduch nasycený párou je vždy lehčí, jednak proto, že se zahřívá a pochází z teplého povrchu, a za druhé, protože 1 kubický metr čisté páry je asi 2/5 lehčí než 1 kubický metr suchého vzduchu při stejné teplotě a tlak. Z toho vyplývá, že vlhký vzduch je lehčí než suchý a ještě teplý a vlhký. Jak uvidíme později, je to velmi důležitá skutečnost pro procesy změny počasí.
Hromadný pohyb vzduchu
Vzduch může stoupat ze dvou důvodů: buď proto, že je to snazší v důsledku zahřívání a zvlhčování, nebo proto, že je ovlivňováno silami, které ho zvyšují nad určité překážky, například nad masami chladnějšího a hustšího vzduchu nebo nad kopci a horami.
Chlazení
Stoupající vzduch, jednou ve vrstvách s nižším atmosférickým tlakem, je nucen expandovat a stále chladit. Expanze vyžaduje výdaje kinetické energie, která je odebírána z tepelné a potenciální energie atmosférického vzduchu, a tento proces nevyhnutelně vede ke snížení teploty. Rychlost chlazení stoupající části vzduchu se často mění, pokud je tato část smíchána s okolním vzduchem.
Suchý adiabatický gradient
Suchý vzduch, ve kterém nedochází ke kondenzaci nebo odpařování, jakož i míchání, které nepřijímá energii v jiné formě, se při stoupání nebo klesání chlazuje nebo zahřívá na konstantní hodnotu (o 1 ° C každých 100 metrů). Tato hodnota se nazývá suchý adiabatický gradient. Pokud je však stoupající vlhkost vzduchu vlhká a dochází v ní ke kondenzaci, uvolní se latentní kondenzační teplo a teplota vzduchu nasyceného párou klesá mnohem pomaleji.
Mokrý adiabatický gradient
Tato velikost změny teploty se nazývá mokrý adiabatický gradient. Není konstantní, ale mění se změnou množství uvolněného latentního tepla, jinými slovy, záleží na množství kondenzované páry. Množství páry závisí na tom, jak klesá teplota vzduchu. Ve spodní atmosféře, kde je vzduch teplý a vlhkost vysoká, je mokrý adiabatický gradient mírně více než polovina suchého adiabatického gradientu. Vlhký adiabatický gradient však postupně roste s výškou a ve velmi vysoké výšce v troposféře se téměř rovná suchému adiabatickému gradientu.
Vztlak pohybujícího se vzduchu je určen poměrem mezi jeho teplotou a teplotou okolního vzduchu. V reálné atmosféře teplota vzduchu zpravidla klesá s výškou (tato změna se nazývá jednoduše gradient).
Pokud je hmotnost vzduchu teplejší a proto méně hustá než okolní vzduch (a obsah vlhkosti je konstantní), pak stoupá jako dětská koule ponořená do nádrže. A naopak, když je pohybující se vzduch chladnější než okolní prostředí, jeho hustota je vyšší a klesá.Pokud má vzduch stejnou teplotu jako sousední hmoty, pak je jejich hustota stejná a hmota zůstává nehybná nebo se pohybuje pouze společně s okolním vzduchem.
V atmosféře jsou tedy přítomny dva procesy, z nichž jeden přispívá k rozvoji vertikálního pohybu vzduchu a druhý zpomaluje.