Конденсація водяної пари на земній поверхні та на земних предметах

Шари повітря, що безпосередньо торкаються холодного ґрунту чи охолоджених земних предметів, можуть охолоджуватися до точки роси. Ці шари виявляться насиченими водяною парою, та при подальшому охолоджені надлишок вологи почне конденсуватися на поверхні охолодженого предмету. При цьому утворюються наступні продукти конденсації: роса, іній, паморозь, ожеледиця, рідкий і твердий нальоти.

Роса та іній. Роса представляє собою рідкий осад у вигляді найдрібніших краплин води, які, часто зливаючись між собою, покривають земну поверхню та земні предмети. З’являється вона звичайно ввечері чи вночі, коли земна поверхня та предмети, що знаходяться на ній, шляхом випромінювання охолоджені нижче точки роси. При цьому відбувається безпосередня конденсація (сублімація) водяної пари на ґрунті та на земних предметах. Роса осідає переважно на горизонтальних поверхнях.

При охолоджені земної поверхні роса може утворитися за рахунок випаровування ґрунтової вологи з більш глибоких і теплих шарів ґрунту. Тоді роса відкладається на нижніх поверхнях предметів, обернених до ґрунту. Так, наприклад, якщо покласти непроникаючу матерію на поверхню землі, то росою покриється як верхня, так і нижня її сторона. Вказаною особливістю конденсації пояснюється і той факт, що нижні поверхні каміння часто покриваються росою.

Іній представляє собою білий, ніжної кристалічної будови осад; він утворюється при умовах аналогічних до утворення роси, але при температурах поверхні ґрунту та земних предметів нижче 0º відбувається процес сублімації.

Найбільш сприятливими умовами погоди для утворення роси та інею являються ясні ночі та слабкий вітер. Ясні ночі сприяють сильному радіаційному охолодженню ґрунту та рослинного покриву, а слабкий вітер призводить до поступового притоку нових шарів повітря, що дотикаються до поверхні ґрунту, та відносить ті з них, які вже виділили вологу. При сильному вітрі відбувається інтенсивне перемішування нижніх охолоджених шарів повітря з верхніми, більш теплими. При цьому повітря не встигає достатньо охолодитися та конденсація чи сублімація не відбувається.

Не створює необхідних умов для утворення рясної роси також і повний штиль. При цьому тонкий шар повітря, прилеглий до земної поверхні чи земних предметах, виділить росу, але притоку нових порцій повітря до них не буде.

Найбільш рясні роса та іній спостерігаються в місцях з підвищеною вологістю повітря. В долинах і котловинах, де температура нижче порівняно з навколишньою місцевістю, роса відкладається інтенсивніше, ніж на сусідніх пагорбах.

Кількість роси та інею, осідаючих на різноманітних предметах, різна; так, наприклад, ґрунт і предмети, що володіють поганою теплопровідністю, охолоджуються вночі сильніше та рясніше та покриваються росою чи інеєм, ніж предмети з хорошою теплопровідністю. Досить сильно охолоджується поверхня пухкого ґрунту, що має погану теплопровідність, тому утворення роси та інею на поверхні такого ґрунту відбувається інтенсивніше, ніж на поверхні ущільненого ґрунту.

Темні та шорсткі поверхні, що володіють великою променево-випромінювальною здатністю, рясніше покриваються росою чи інеєм, ніж світлі та гладкі, променево-випромінювальна здатність яких менше.

Поверхня рослинного покриву охолоджується променево-випромінюванням сильніше, ніж ґрунт, і тому в більшій степені покривається росою чи інеєм.

Роса, як й іній, частіше всього утворюється пізнім літом, коли повітря ще достатньо вологе, а нічне охолодження внаслідок подовження ночей значне. Вона має велике значення для життя рослин, створюючи для них додатковий приток вологи. Крім того, утворення її супроводжується виділенням прихованої теплоти конденсації, в результаті чого уповільнюється процес вихолоджування, і ґрунт охороняється від заморозків. Випадіння інею, навпаки, створює сильне охолодження ґрунту та заморозків на ньому.

Кількість води, що утворилася в результаті осідання роси чи інею, визначають за допомогою фільтрувального паперу чи спеціальних пластинок, які виставляються на відкритому місці та зважують до і після спостережень. Спостереження показали, що кількість роси, що утворилася за ніч, складає в середньому 0,1 – 0,3 мм шару води.

Паморозь. Памороззю називається білий пухкий осад, що утворився на вітках дерев, проводах і на виступаючих частинах предметів. Види паморозі розрізняються як за характером будови осаду, так і за умовами утворення. На даний час виділені в окремі групи два основні різновиди паморозі: зерниста та кристалічна.

Зерниста паморозь представляє собою снігоподібний пухкий лід, що утворився на тонких предметах: проводах, вітках дерев і т. п., тобто на предметах, що легко обтікаються повітрям. Утворення зернистої паморозі відбувається в результаті намерзання одна на одній краплин переохолодженого туману чи хмари при наявності вітру. Водяні краплі при дотику з предметами замерзають настільки швидко, що не встигають утратити своєї форми. В результаті цього утворюється снігоподібне обледеніння, що складається з льодяних зерен.

Спостерігається зерниста паморозь частіше всього при температурі від –2 до –7º і при значній швидкості вітру. При зниженні температури та послабленні швидкості вітру зерниста паморозь поступово перетворюється в кристалічну. Зерниста паморозь, відкладаючись у великій кількості на гілках дерев, проводах й інших тонких предметах, чинить на них руйнуючий вплив. Найбільш сприятливі умови для утворення цього виду паморозі утворюються в горах при натіканні шаруватих хмар. Спостерігалися випадки, коли на вершинах гір шар утвореної паморозі досягає більш ніж 1 м (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Осадження зернистої паморозі в горах.

Кристалічна паморозь – це шар льодяних пластинчатих чи призматичних кристалів, що відкладаються на тонких предметах. Частіше всього кристалічна паморозь з’являється при наявності туману та слабкого вітру чи штилю при температурі нижче –15º. Вище цієї температури кристалічна паморозь спостерігається рідко. Утворюється вона в результаті сублімації водяної пари при випаровуванні краплин туману.

Кристалічна паморозь, осідаючи на тонких предметах, має пухнастий вигляд і складається з кристалів, що легко осипаються при струшуванні.

Щільність кристалічної паморозі дуже мала. Росте вона повільно, приблизно 1 мм за годину; величина відкладу не перевищує в середньому 1 см і тільки в деяких випадках може досягати декількох сантиметрів товщини.

При підвищенні температури повітря чи зниження відносної вологості кристалічна паморозь осипається. Руйнування її відбувається також під дією вітру.

Паморозь часто плутають з інеєм. Однак між цими опадами існує велика різниця. Іній утворюється переважно в нічні години за ясної та тихої погоди, а паморозь може утворитися в будь-яку годину доби, звичайно в похмуру, туманну погоду. Іній утворюється, як правило, на горизонтальних поверхнях, що охолоджуються шляхом випромінювання найбільше вночі, а паморозь - переважно на вертикальних поверхнях.

Сприятливий вплив паморозі на рослини може проявитися у тому, що при таненні її виділяється додаткова кількість вологи.

Ожеледиця. Ожеледиця представляє собою шар щільного прозорого чи мутного льоду, що утворюється на поверхні землі, деревах й інших предметах, переважно з навітряної сторони. Її поява часто пов’язана з випадінням переохолодженого дощу. Краплини переохолодженого дощу при дотику з охолодженими нижче 0º земною поверхнею чи земними предметами замерзають, утворюючи на них шар прозорого гладкого льоду. Ожеледиця може також виникнути в результаті осадження рясного туману на поверхнях, охолоджених нижче 0º.

Іноді утворенню ожеледиці передує випадіння звичайного дощу (не переохолодженого) на сильно охолоджену поверхню. В цьому випадку ожеледиця відкладається тонким шаром й існує не тривалий час. При тривалому випадінні дощу утворена кірка льоду тане.

Частіше всього ожеледиця спостерігається пізньою осінню чи весною при температурах від 0 до –5º, однак можливість її утворення не виключена і при більш низьких температурах повітря. Щільність ожеледиці буває різною та звичайно коливається в межах від 0,5 до 0,9.

Прозорість ожеледиці залежить від величини краплин, з яких вона утворюється, та від температури повітря: чим менші краплини та чим нижча температура повітря, тим менша його прозорість. При дуже дрібних краплинах і низьких температурах ожеледиця має малу щільність і набуває матового вигляду.

В деяких випадках на утвореному шарі ожеледиці може відбуватися сублімація водяної пари та відкладення зернистої паморозі, в результаті чого виходить складний вид обледеніння непрозорого вигляду.

Ожеледиця – небезпечне та шкідливе для народного господарства явище природи. Намерзаючи щільною кіркою на різних поверхнях, вона не рідко призводить до псування садів, порушення телеграфного зв’язку, руйнування ліній електропередач, стає гальмом у роботі залізничного й автомобільного транспорту. Дуже шкідливий вплив чинить ожеледиця на окремі галузі сільського господарства. В умовах відгінно-пасовищного тваринництва наявність її перекриває доступ тварин до трави. Під шаром ожеледиці також може відбутися загибель озимих культур.

Рідкий і твердий нальоти. Рідкий наліт представляє собою рясний водяний осадок, який утворюється переважно на вертикальних поверхнях з навітряної сторони. Виникає він у тих випадках, коли після помірних холодів приходе тепле та вологе повітря. При таких умовах рухоме повітря, дотикаючись до вихолоджених предметів (при температурі вище 0º), охолоджується та відкладає на них краплі води, що покривають тонким шаром вертикальні поверхні.

Рідкий наліт осідає на кам’яних стінах, стволах дерев, стовпах і т. п.

Якщо після сильних морозів наступає різке потепління, то на вертикальних поверхнях, охолоджених до від’ємних температур, утворюється твердий наліт, який є білим, напівпрозорим і кристалічної будови. Умови утворення його аналогічні до умов утворення рідкого нальоту з тією різницею, що твердий наліт утворюється на поверхнях, охолоджених нижче точки 0º.

Твердий наліт відкладається звичайно на масивних стінах кам’яних будівель, що мають велику теплоємкість, температура яких тривалий час залишається значно нижче температури повітря.

Твердий і рідкий нальоти утворюються звичайно при похмурій погоді. Відклад нальоту може відбуватися в будь-який час доби. Появі рідкого та твердого нальотів сприяє наявність у повітрі краплин туману чи серпанку. На тонких предметах, що швидко сприймають температуру повітря (проводах й ін.), твердий і рідкий нальоти не утворюються.

Лекція 13

Тема 7. Конденсація водяної пари