Egidijus Rimkus „<strong>Meteorologijos</strong> įvadas“KondensacijaKondensacija – vandens perėjimas iš dujinės į skystą būseną. Kondensacijos metuatmosferoje arba ant veikliojo pav<strong>ir</strong>šiaus susiformuoja labai maži vandens lašeliai.Kondensacija prasideda, kai oras tampa prisotintas, o tai yra susiję su temperatūrossumažėjimu (kai pasiekiamas rasos taškas) arba daug rečiau – su vandens garų kiekio padidėjimu.Temperatūrai krentant žemiau rasos taško, vandens garų perteklius, v<strong>ir</strong>šijantis kiekį, reikalingąprisotinimui, pereina į skystą būseną (7.2 pav.). Realiomis sąlygomis vykstant kondensacijai,atmosferoje vandens garų slėgis nev<strong>ir</strong>šija sočiųjų vandens garų slėgio daugiau nei 1–2 %.7.2 pav. Sočiųjų vandens garų slėgio (E) <strong>ir</strong> vandens garų slėgio (e) ties vandens pav<strong>ir</strong>šiumipalyginimas fazinių v<strong>ir</strong>smų metuOro temperatūra oro masėje iki rasos taško gali nukristi dėl šių pagrindinių priežasčių:1) veikliojo pav<strong>ir</strong>šiaus <strong>ir</strong> priežeminio oro sluoksnio atvėsimo dėl efektyviojospinduliavimo;2) šilto oro kontakto su šaltu veikliuoju pav<strong>ir</strong>šiumi;3) artimų prisotinimui dviejų oro masių, kurių temperatūros sk<strong>ir</strong>tingos, maišymosi;4) adiabatinio oro kilimo.Lašai kondensacijos metu formuojasi ant kondensacijos branduolių. Kondensacijosbranduoliai – tai higroskopiškumu pasižyminčios smulkiausios t<strong>ir</strong>pių arba net<strong>ir</strong>pių medžiagųdalelės, aplink kurias formuojasi vandens lašai. Kondensacijos branduoliai dėl savohigroskopiškumo padidina besiformuojančio lašo pastovumą.Realioje atmosferoje visada yra didesnis ar mažesnis kondensacijos branduoliais tampančiųdalelių kiekis. Pagrindiniai kondensacijos branduoliai yra jūros druskos, patenkančios į orą nuovandens pav<strong>ir</strong>šiaus (~20 %), d<strong>ir</strong>vos dalelės (~20 %), organinio <strong>ir</strong>imo <strong>ir</strong> degimo produktai (~40 %).Pastarieji ypač didelę reikšmę vaidina pramoniniuose centruose.1 cm³ oro prie žemės pav<strong>ir</strong>šiaus yra dešimtys tūkstančių, o urbanizuotoje teritorijoje galibūti net šimtai tūkstančių kondensacijos branduolių. Žiemą dėl susilpnėjusio vertikalaus maišymosibei padidėjusio ūkinės veiklos intensyvumo (daug aerozolių į orą patenka šildymo metu)kondensacijos branduolių prie žemės pav<strong>ir</strong>šiaus dažniausiai yra daugiau negu vasarą. Tačiau 3–4 km aukštyje yra vos keli šimtai kondensacijos branduolių 1 cm³. Vertikali kondensacijosbranduolių skaičiaus kaita labai priklauso nuo oro maišymosi intensyvumo.Pagal dydį kondensacijos branduoliai sk<strong>ir</strong>stomi taip:1. Aitkeno branduoliai (r < 0,1 m) kondensacijos procesuose atmosferoje praktiškainedalyvauja, kadangi tik didesni negu 1,0 m vandens lašeliai yra pastovūs (neišgaruoja iškart posusiformavimo), realiomis sąlygomis esant ne didesniam negu 1 – 2% vandens garų pertekliui.Tam, kad susiformuotų pastovūs itin maži lašeliai, sočiųjų vandens garų slėgis turi būti v<strong>ir</strong>šijamaskeletą kartų.2. Debesų kondensacijos branduoliai (0,1 < r < 1,0 m) yra pagrindiniai kondensacijosbranduoliai atmosferoje.105
Egidijus Rimkus „<strong>Meteorologijos</strong> įvadas“3. Gigantiškųjų branduolių (r > 1,0 m) ore yra nedaug (dažniausiai vos keli kubiniamecentimetre), aplink juos formuojasi stambūs lašai debesyse.Aitkeno branduolių yra šimtus kartų daugiau nei likusiųjų. Todėl realiame lašeliųformavimosi procese dalyvaujančių kondensacijos branduolių prie pav<strong>ir</strong>šiaus yra vos keli šimtai1 cm³.Jei ore nebūtų kondensacijos branduolių, tai kondensacija nevyktų net labai persotintameore. Vis dėlto lašas gali susiformuoti <strong>ir</strong> be kondensacijos branduolio. Šiuo atveju susidaro molekuliųkompleksas, kuris yra nepastovus <strong>ir</strong> greitai suskyla. Nustatyta, kad tik tuo atveju, kai vandens garųslėgis 4–8 kartus v<strong>ir</strong>šija sočiųjų vandens garų slėgį (ko nebūna natūraliomis sąlygomis), tokiemolekulių kompleksai ilgesnį laiką gali išsilaikyti stabilūs.Vandens lašelių užšalimas vyksta homogeninio arba heterogeninio proceso metu. Kaitemperatūra labai žema (apie –40 °C), dažnai vyksta homogeninis procesas, kurio metu vandenslašeliai užšąla be kristalizacijos branduolių. Todėl manoma, kad didžioji dalis plunksninių debesųformuojasi homogeninio proceso metu.Heterogeninio proceso metu užšalimas vyksta aukštesnėje temperatūroje, kadangi vandenslašelis užšąla ant kristalizacijos branduolio pav<strong>ir</strong>šiaus (kristalizacijos branduolys būna lašelio vidujearba liečia išorinį lašelio pav<strong>ir</strong>šių). Kristalizacijos branduoliai – tai labai maži (dažniausia 0,1–1 m dydžio) gamtinės ar antropogeninės kilmės aerozoliai. Priešingai nei debesų kondensacijosbranduoliai, jie dažniausiai pasižymi hidrofobiškumu (t. y. medžiagos savybė atsisk<strong>ir</strong>ti nuovandens), o jų molekulinė struktūra būna panaši į ledo. Tokios medžiagos pav<strong>ir</strong>šius yra užšalimopagrindas. Kristalizacijos branduolių ore daug mažiau nei kondensacijos.Vandens lašelių ore temperatūrai nukritus žemiau 0 °C, jie užšąla ne iš karto, o didelisvandens tūris tokiomis pat sąlygomis užšąla gan greitai. Kai oro temperatūra yra vos keli laipsniaižemiau nulio, vandens lašeliai lieka peršaldytos būsenos <strong>ir</strong> tik nedidelė jų dalis užšąla. Taipatsitinka dėl kristalizacijos branduolių stokos. Kai oro temperatūra nukrenta iki –12 °C, pradedavykti intensyvus jau susiformavusių kristalų augimas <strong>ir</strong> peršaldytų vandens lašelių garavimas (žr.skyrelį „Kritulių formavimasis“). Tačiau net orui atšalus iki –40 °C, jame galima aptikti labai mažųvandens lašelių.Tyrimų metu nustatyta, kad vandens lašelių kristalizacija vyksta tuo intensyviau, kuodidesnis vandens lašelis <strong>ir</strong> kuo žemesnė oro temperatūra. Lašelis užšąla, kai jo viduje sumažėjustemperatūrai dalies molekulių išsidėstymas įgyja kristalinę struktūrą, o vėliau ši struktūra apimavisą lašelį. Dideliuose lašuose egzistuoja didesnė tokio dalies molekulių persitvarkymo tikimybė.Todėl debesyse, sudarytuose iš smulkesnių vandens lašų, intensyvūs kristalizacijos procesaiprasideda žemesnėje temperatūroje.Oro drėgnumo kaita per parą <strong>ir</strong> per metusNusakant absoliutų vandens garų kiekį ore, dažniausiai remiamasi vandens garų slėgioreikšme (e, hPa). Vidutinėse platumose vandens garų slėgio paros svyravimo amplitudė ganamaža – pavasarį <strong>ir</strong> vasarą 2–3 hPa, rudenį <strong>ir</strong> žiemą 1–2 hPa.Žemyno gilumoje šiltuoju metų laikotarpiu vandens garų slėgio kaita per parą v<strong>ir</strong>š sausosd<strong>ir</strong>vos dažniausiai turi du minimumus <strong>ir</strong> du maksimumus. P<strong>ir</strong>mas minimumas sutampa su orotemperatūros minimumu. Paskui vandens garų slėgis 2–3 valandas greitai auga, vėliau vėl pradedamažėti <strong>ir</strong>, praėjus keletui valandų po vidudienio, fiksuojamas antrasis minimumas. Vakarop vandensgarų slėgis auga – išryškėja antrasis maksimumas. Paskui vandens garų slėgis mažėja iki ryto.Tokios kaitos per parą pagrindinė priežastis – turbulencijos vystymasis v<strong>ir</strong>š sausumos dienosmetu bei paklotinio pav<strong>ir</strong>šiaus atvėsimas naktį.• Ryte augant oro temperatūrai prasideda intensyvus garavimas nuo paklotiniopav<strong>ir</strong>šiaus, todėl vandens garų kiekis ore išauga.• P<strong>ir</strong>moje dienos pusėje v<strong>ir</strong>š įšilusio pav<strong>ir</strong>šiaus pradeda vykti turbulencija, kuri ypačsustiprėja apie vidurdienį. Tada vandens garais prisotintas oras nuo veikliojo pav<strong>ir</strong>šiaus judaaukštyn, o iš aukštesnių sluoksnių nusileidžia sausesnis oras. Garavimas nuo pav<strong>ir</strong>šiaus nespėjakompensuoti drėgmės nuostolių <strong>ir</strong> vandens garų slėgis sumažėja.106