凝縮は、気体から液体または固体への物質の組み合わせの変化です。しかし、惑星のマスタバでの凝縮とは何でしょうか?
各時点で、地球の大気惑星には130億トンを超える水分が含まれています。降水量による損失は蒸発によって最終的に継続的に補償されるため、この数値はほぼ一定です。
大気中の水分の循環速度
大気中の水分循環の速度は、1秒あたり約1600万トン、または1年間で5,500億トンと、驚異的な数値と推定されています。大気中のすべての水蒸気が凝縮して沈殿した場合、この水は地球の表面全体を約2.5センチメートルの層で覆うことができます。つまり、大気にはわずか2.5センチメートルの雨に相当する水分が含まれています。
大気中の蒸気分子の長さはどれくらいですか?
地球上では年間平均92センチメートルが落下するため、大気中の湿気は36回更新されます。つまり、大気は湿気で飽和し、そこから解放されます。これは、水蒸気分子が大気中に平均10日間留まることを意味します。
水の分子経路
蒸発すると、水蒸気分子は凝縮して降水量とともに地球に落下するまで、通常数百キロから数千キロドリフトします。西ヨーロッパの高さで雨、雪、あられの形で流れ落ちる水は、北大西洋から約3,000 kmをカバーしています。液体の水の蒸気への変換と地球上での降水の間に、いくつかの物理的プロセスが起こります。
大西洋の暖かい地表から、水分子は暖かい湿った空気に落ち、続いて冷たい空気(凝縮器)の上に上昇し、周囲の空気を乾燥させます。
この場合、気団の強い乱流混合が観察されると、混合層と雲が2つの気団の境界で大気中に現れます。体積の約5%は湿気です。蒸気で飽和した空気は常に最初に加熱され、暖かい表面から来るため、常に軽いです。次に、1立方メートルの清浄な蒸気は、同じ温度で1立方メートルの清浄な乾燥空気よりも約2/5軽いため、圧力。したがって、湿った空気は乾いた空気よりも軽く、さらに暖かく湿っています。後で見るように、これは気象変化プロセスにとって非常に重要な事実です。
気団移動
空気は2つの理由で上昇する可能性があります。加熱と加湿の結果として空気が容易になるか、または特定の障害物を超えて上昇する力によって作用するためです。
冷却
上昇する空気は、気圧がより低い層になっていると、膨張せざるを得ません。膨張には運動エネルギーの消費が必要であり、これは大気の熱およびポテンシャルエネルギーから取得され、このプロセスは必然的に温度の低下につながります。空気の上昇部分が周囲の空気と混合すると、空気の上昇部分の冷却速度が変わることがよくあります。
乾燥断熱勾配
凝縮や蒸発のない乾燥空気、および別の形態でエネルギーを受け取らない混合は、上昇または下降するときに一定値(100メートルごとに1°C)まで冷却または加熱されます。この値は、乾燥断熱勾配と呼ばれます。しかし、上昇する空気の塊が湿気があり、その中で結露が発生すると、結露の潜熱が放出され、蒸気で飽和した空気の温度がはるかにゆっくり低下します。
湿式断熱勾配
この温度変化の大きさは、湿潤断熱勾配と呼ばれます。それは一定ではなく、放出される潜熱の量の変化によって変化します。つまり、凝縮蒸気の量に依存します。蒸気量は気温がどれだけ下がるかに依存します。空気が暖かく湿度が高い大気の下層では、湿式断熱勾配は乾式断熱勾配の半分よりわずかに多くなります。しかし、湿潤断熱勾配は、高さとともに徐々に増加し、対流圏の非常に高い高度では、乾燥断熱勾配にほぼ等しくなります。
移動する空気の浮力は、その温度と周囲の空気の温度との比率によって決まります。原則として、実際の大気では、気温は高さによって不均一に低下します(この変化は単に勾配と呼ばれます)。
空気の質量が温かく、そのため周囲の空気より密度が低い場合(そして水分量が一定の場合)は、タンクに浸された子供のボールのように上昇します。逆もまた同様で、移動する空気が周囲よりも冷たいときは、密度が高くなり、低下します。空気が隣接する質量と同じ温度である場合、それらの密度は等しく、質量は静止したままか、周囲の空気と一緒にのみ移動します。
したがって、大気には2つのプロセスが存在し、1つは垂直方向の空気の動きの発達に寄与し、もう1つは速度を低下させます。