التكثيف هو تغيير في تركيبة مادة من غازية إلى سائلة أو صلبة. ولكن ما هو التكثيف في مصطبة الكوكب؟
في كل نقطة زمنية ، يحتوي كوكب الغلاف الجوي للأرض على أكثر من 13 مليار طن من الرطوبة. هذا الرقم ثابت تقريبًا ، حيث يتم تعويض الخسائر الناجمة عن هطول الأمطار بشكل مستمر في نهاية المطاف عن طريق التبخر.
معدل دوران الرطوبة في الغلاف الجوي
ويقدر معدل دوران الرطوبة في الغلاف الجوي بأرقام هائلة - حوالي 16 مليون طن في الثانية أو 505 مليار طن في السنة. إذا كان كل بخار الماء في الغلاف الجوي مكثفًا ومترسبًا ، فيمكن أن يغطي هذا الماء سطح الكرة الأرضية بأكمله بطبقة تبلغ حوالي 2.5 سم ، وبعبارة أخرى ، يحتوي الغلاف الجوي على كمية من الرطوبة تعادل 2.5 سم فقط من المطر.
ما طول جزيء البخار في الغلاف الجوي؟
نظرًا لأن متوسط سقوط 92 سم على الأرض سنويًا ، وبالتالي ، يتم تحديث الرطوبة في الغلاف الجوي 36 مرة ، أي 36 مرة يشبع الغلاف الجوي بالرطوبة ويتحرر منها. وهذا يعني أن جزيء بخار الماء يبقى في الغلاف الجوي لمدة 10 أيام في المتوسط.
مسار جزيء الماء
بمجرد التبخر ، ينجرف جزيء بخار الماء عادة مئات وآلاف الكيلومترات ، حتى يتكثف ويسقط على الأرض مع هطول الأمطار. المياه المتساقطة على شكل أمطار أو ثلوج أو بَرَد على مرتفعات أوروبا الغربية ، تغطي حوالي 3000 كيلومتر من شمال الأطلسي. بين تحويل الماء السائل إلى بخار وهطول الأمطار على الأرض ، تحدث العديد من العمليات الفيزيائية.
من السطح الدافئ للمحيط الأطلنطي ، تسقط جزيئات الماء في الهواء الرطب الدافئ ، الذي يرتفع لاحقًا فوق الهواء البارد (الأكثر كثافة) والهواء الأكثر جفافًا المحيط به.
إذا لوحظ في هذه الحالة اختلاط قوي مضطرب للكتل الهوائية ، فستظهر طبقة خلط وسحب في الغلاف الجوي عند حدود الكتل الهوائية. حوالي 5٪ من حجمها رطوبة. الهواء المشبع بالبخار دائمًا أخف وزناً ، أولاً ، لأنه يتم تسخينه ويأتي من سطح دافئ ، وثانيًا ، لأن 1 متر مكعب من البخار النظيف هو حوالي 2/5 أخف من 1 متر مكعب من الهواء الجاف النظيف في نفس درجة الحرارة و الضغط. ويترتب على ذلك أن الهواء الرطب أخف من الجاف ، ودافئ ورطب أكثر من ذلك. كما سنرى لاحقًا ، هذه حقيقة مهمة جدًا لعمليات تغير الطقس.
حركة كتلة الهواء
يمكن أن يرتفع الهواء لسببين: إما لأنه يصبح أسهل نتيجة للتدفئة والترطيب ، أو لأنه يتم التصرف عليه من قبل قوى تجعله يرتفع فوق عوائق معينة ، على سبيل المثال ، على كتل من الهواء البارد والأكثر كثافة أو فوق التلال والجبال.
تبريد
يضطر الهواء المتصاعد ، بمجرد دخوله طبقات ذات ضغط جوي منخفض ، إلى التوسع ولا يزال باردًا. يتطلب التوسع إنفاق الطاقة الحركية ، التي يتم أخذها من الطاقة الحرارية والمحتملة للهواء الجوي ، وهذه العملية تؤدي حتمًا إلى انخفاض في درجة الحرارة. غالبًا ما يتغير معدل التبريد للجزء المرتفع من الهواء إذا تم خلط هذا الجزء مع الهواء المحيط.
التدرج الجاف الثابت
يتم تبريد أو تسخين الهواء الجاف ، الذي لا يوجد فيه تكثف أو تبخر ، بالإضافة إلى الخلط ، الذي لا يتلقى طاقة بشكل آخر ، إلى قيمة ثابتة (بمقدار 1 درجة مئوية كل 100 متر) عند ارتفاعه أو انخفاضه. تسمى هذه القيمة التدرج الجاف للأديباتي. ولكن إذا كانت كتلة الهواء المتزايدة رطبة وحدث تكثف فيها ، عندئذ تنطلق الحرارة الكامنة للتكاثف وتنخفض درجة حرارة الهواء المشبع بالبخار ببطء أكثر.
التدرج الأديباتي الرطب
ويطلق على هذا الحجم من تغير درجة الحرارة التدرج الأديباتي الرطب. إنها ليست ثابتة ، ولكنها تتغير مع تغير كمية الحرارة الكامنة المنبعثة ، بمعنى آخر ، تعتمد على كمية البخار المكثف. تعتمد كمية البخار على مقدار انخفاض درجة حرارة الهواء. في الغلاف الجوي السفلي ، حيث يكون الهواء دافئًا والرطوبة عالية ، يكون التدرج الأدياباتي الرطب أكثر بقليل من نصف التدرج الأديباتي الجاف. لكن التدرج الأديباتي الرطب ينمو تدريجيًا مع الارتفاع وعلى ارتفاع عال جدًا في طبقة التروبوسفير يساوي تقريبًا التدرج الأديباتي الجاف.
يتم تحديد طفو الهواء المتحرك من خلال النسبة بين درجة حرارته ودرجة حرارة الهواء المحيط. كقاعدة ، في جو حقيقي ، تنخفض درجة حرارة الهواء بشكل غير متساوٍ مع الارتفاع (يسمى هذا التغيير ببساطة التدرج).
إذا كانت كتلة الهواء أكثر دفئًا وبالتالي أقل كثافة من الهواء المحيط (ومحتوى الرطوبة ثابت) ، فإنها ترتفع مثل كرة الطفل مغمورة في خزان. والعكس صحيح ، عندما يكون الهواء المتحرك أبرد من المحيط ، تكون كثافته أعلى وتنخفض.إذا كان للهواء نفس درجة الحرارة مثل الكتل المجاورة ، فإن كثافتها متساوية وتبقى الكتلة ثابتة أو تتحرك فقط مع الهواء المحيط.
وبالتالي ، هناك عمليتان موجودتان في الغلاف الجوي ، تساهم إحداها في تطوير حركة الهواء العمودية ، والأخرى تبطئها.
