6.5.2. Конденсация в атмосфере

При конденсации (переходе воды из газообразного в жид­кое состояние) в атмосфере образуются мельчайшие капли диаметром порядка нескольких микрометров. Более крупные капли образуются путем слияния мелких капель или в резуль­тате таяния ледяных кристаллов.

Конденсация начинается тогда, когда воздух достигает на­сыщения, а это чаще всего происходит в атмосфере при пони­жении температуры. Водяной пар с понижением температуры до точки росы достигает состояния насыщения. При дальней­шем понижении температуры избыток водяного пара сверх того, что нужно для насыщения, переходит в жидкое состо­яние.

Известно, что пока воздух ненасыщен, он охлаждается адиабатически на 1°С на каждые 100 м подъ­ема. Таким образом, для воздуха, не очень далекого от насы­щения, вполне достаточно подняться вверх на несколько сотен метров, максимум на одну-две тысячи метров, чтобы в нем началась конденсация.

Механизмы подъема воздуха различны. В зависимости от механизма подъема воздуха возникают и различные виды облаков. При образовании туманов главной причиной охлаждения воздуха является уже не адиабатический подъем, а отдача тепла из воздуха земной поверхности.

В атмосферных условиях происходит не только конденса­ция, но и сублимация (при очень низких температурах - ниже -40 °С), т.е. образование кристаллов, переход водяного пара в твердое состояние. Чаще же кристаллы образуются путем за­мерзания переохлажденных капель. Твердые осадки, выпадаю­щие из облаков, обычно имеют хорошо выраженное кристалли­ческое строение.

Для образования облаков обычно недостаточно просто соответствующих состояний атмосферы. Дело в том, что образование капель при конденсации в атмосфере всегда происходит на так называемых ядрах конденсации. Если заро­дыш капли возникает без ядра (в виде комплекса молекул), он оказывается неустойчивым - молекулы тут же разлетаются снова. Роль ядра конденсации за­ключается в том, что оно, вследствие своей гигроскопичности, увеличивает устойчивость образовавшегося зародыша капли. Если воздух искусственно освободить от ядер конденсации, то конденсации не будет даже при большом пересыщении. Однако ядра конденсации в атмосфере всегда есть, и потому сколько-нибудь значительные пересыщения не наблюдаются. Аэрозоль­ные примеси в значительной части могут служить и ядрами кон­денсации. Выделяют много типов ядер конденсации и они всегда присутствуют в атмосфере.

Основными ядрами конденсации являются частицы раство­римых гигроскопических солей, особенно морской соли, которая всегда присутствует в выпавших осадках. Они попадают в воздух в больших количествах при волнении моря и разбрыз­гивании морской воды и при последующем испарении капель в воздухе. Солевые и вообще гигроскопические ядра по­падают в атмосферу при распылении почвы. Конденсация происходит также на гигроскопических твер­дых частицах, являющихся продуктами сгорания или органи­ческого распада. Это азотная кислота, серная кислота, суль­фат аммония и пр. Число ядер конденсации в 1 см³ воздуха у земной поверх­ности порядка тысяч и десятков тысяч. С высотой число ядер быстро убывает.