SNC03599

pominając zależność prężności pary nasyconej od krzywizny kropli wody. Nad bard^ małymi kroplami o dużej krzywiźnie powierzchni prężność pary nasyconej E_k istotnie wzrasta w porównaniu z prężnością nad większymi kroplami, a szczególnie w porówna, niu z prężnością nad płaską powierzchnią wody. Powstające samorzutnie w nasyconym powietrzu (tj. w stanie, gdy e = £₀) kropelki wody mają promień, odpowiadający wielko, ści molekuły H₂0. Nad taką mikroskopijną „kroplą” prężność nasycenia E_r ośmiokrot-nie przekracza prężność pary nasyconej nad płaską powierzchnią wody. Osiągnięcie takiego przesycenia w atmosferze jest mało prawdopodobne. Nawet w warunkach labora-toryjnych można uzyskać tylko czterokrotne przesycenie, gdyż para w miarę przyrostu prężności kondensuje na ściankach naczynia i prężność stabilizuje się.

Kondensacja w powietrzu odbywa się dzięki obecności jąder kondensacji. Najważniejsze z punktu widzenia kondensacji są jądra odznaczające się właściwościami higro-skopijnymi, elektrostatycznymi i rozpuszczające się w wodzie. Kondensacji sprzyjają większe rozmiary jąder kondensacji (mniejsza krzywizna powierzchni) i niższa prężność pary nasyconej oraz roztwory wodne, obniżające prężność nasycenia. Najefektywniejsze są jądra kondensacji o rozmiarach 10"¹ -1 pm.

Silnie higroskopijne cząstki mogą zainicjować kondensację pary wodnej, kiedy prężność pary nie osiąga stanu nasycenia względem płaskiej powierzchni wody. Notuje się nieraz kondensację, która zachodzi w powietrzu przy wilgotności względnej 80%. Efektem takiej kondensacji jest zmętnienie atmosfery. Pojawia się ona równocześnie z masami powietrza, niosącego znaczną ilość aerozolu (np. masy ciepłego powietrza kontynentalnego w ciepłej porze roku).

Kropla znajdująca się w otoczeniu pary nasyconej (ściślej: nieco przesyconej) rośnie nadal wskutek wchłaniania kondensującej pary wodnej. Wokół kropli powstaje strumień pary, dyfundującej w kierunku kropli i uzupełniającej ubytki pary, będące rezultatem jej kondensacji na powierzchni kropli. Kondensacja wywołuje uwalnianie się utajonego ciepła parowania, które podnosi temperaturę w kropli i w jej sąsiedztwie, wpływając na prężność pary nasyconej, tzn. ograniczając stopień przesycenia. Kropla więc emituje strumień ciepła, rozchodzącego się przeciwnie niż strumień pary wodnej. Oba procesy - dyfuzja ciepła i pary - wzajemnie się ograniczają, dążąc do powstrzymania kondensacji. Pewne znaczenie dla podtrzymania kondensacji ma wzrost wielkości kropli wody i związany z nim spadek prężności nasycenia, który z kolei zapobiega likwi-

Tab. 5.9. Czas wzrostu promienia kropli od początkowej wartości r =1 pm w warunkach przesycenia (wg lribarne'a, 1988, s. 141)

Promień kropli (pm)	Przesycenie 0,1%	Przesycenie 0,05%
2	0 min 15 s	Omiń 57 s
S	2 min 00 s	7 min 36 s
10	8 min 15 s	31 min 21 s
15	18 min 40 s	70 min 56 s
20	33 min 15 s	126 min 21 s
30	74 min 55 s	284 min 42 s

Tab. 5.10. Wielkość i koncentracja w atmosferze jąder kondensacji (wg Ahrensa, 1985, za T amulewiczem, 1997)

Cząstki	średnica (pm)	Liczba cząstek w 1 cm^3
		przedział	typowa liczba
Jądra Aitkena	< 0,4	1000-10000	1000 1
I Jądra duże	0,4-2,0	1-1000	100
1 Jądra olbrzymie	>2,0	1-10	1_U

dacji przesycenia. Niemniej, kondensacja na kropli stopniowo „wygasa”, a wzrost promienia kropli ustaje. Prędkość wzrostu kropli jest odwrotnie proporcjonalna do promienia kropli; większe krople powiększają się wolniej od małych.

Duże znaczenie dla ostatecznej wielkości kropli chmurowych ma czas trwania procesu kondensacji (tab. 5.9). W realnej atmosferze krople nie pozostają zbyt długo w warunkach sprzyjających kondensacji. Proces kondensacji, kształtowany przez dyfuzję wilgoci i ciepła oraz „zapas wody” w powietrzu, prowadzi przeciętnie do powstania kropli o rozmiarach 15-20 pm.

I-

Jądra kondensacji

Z. Sorbjan opisuje historię badań „dziwnego** zachowania się pary wodnej w powietrzu. Francuski badacz. H. Regnault. był bardzo zaskoczony, gdy w 1875 r. starał się doprowadzić do powstania mgły w zamkniętym pojemniku z wilgotnym powietrzem. Mimo odpowiedniego ciśnienia, temperatury i wilgotności mgła nie tworzyła się. Kiedy jednak otworzył pojemnik, wpuszczając doń trochę powietrza atmosferycznego - mgła natychmiast się pojawiała! Wnioskiem z tych doświadczeń jest stwierdzenie, iż kondensacja pary wodnej nie może nastąpić bez obecności pyłu w powietrzu. Cząstki tego pyłu nazwano jądrami kondensacji.

Szkocki fizyk. J. Aitken. zidentyfikował najdrobniejsze jądra kondensacji, niewidzialne dla oka cząstki pyłów wulkanicznych, zanieczyszczeń powstających w procesach spalania oraz soli morskiej. pozostającej w atmosferze po odparowaniu rozbryzgów fal morskich. Te najmniejsze cząstki. o rozmiarach 10^-3-0.4 pm. są nazywane jądrami Aitkena. Większe cząstki określane są mianem dużych i olbrzymich (gigantycznych) jąder kondensacji. Poza pyłami wulkanicznymi i drobinami soli morskiej jądrami kondensacji są też porywane z ziemi pyty kaolinowe i krzemionkowe, atakże cząstki pochodzenia organicznego: glony, terpeny wydzielane przez rośliny, obumarłe komórki roślin, grzybów itp. Znaczny udział w tworzeniu jąder kondensacji mają cząstki pochodzenia antropogenicznego: pyły przemysłowe, komunikacyjne, produkty spalania, w tym skutki pożarów leśnych i in.

5.6. Chmury

Produkt kondensacji pary wodnej w atmosferze - poza hydrometeorami - stanowią chmury. Są one widocznymi na niebie zbiorami małych kropelek wody lub kryształków lodu, a często mieszaniny jednych i drugich, które „zawieszone” w swobodnej atmosfe-ftc przemieszczają się wraz z prądami powietrznymi. Niekiedy w chmurach znajdują się

89