Kondenzační jádro

Kondenzace jádro je hygroskopická částice plovoucí v troposféře a ke kterému se vodní pára obsažená ve vzduchu se uloží tvořit kapky. Ve skutečnosti by v čistém vzduchu, kde by nebyl prach ani ionty, bylo nutné dosáhnout přesycení 500%, než začne vodní pára klesat kvůli povrchovému napětí vody. Tyto aerosoly , obvykle řádově 0,2 um až několik mikrometrů, proto podporují tvorbu mraků a srážení , proto se zkratka někdy používá NCN pro jádro kondenzace mraků .

Velikost a složení částic

Existují tři třídy kondenzačních jader: jádra Aitken (0,005 až 0,1 µm ), velká jádra (0,1 až 1 µm ) a obří jádra (1 až 20 µm ). Obecné rozdělení průměrů ukazuje nárůst počtu v porovnání s průměrem v první kategorii a poté postupný pokles v ostatních dvou. To se vysvětluje postupným ukládáním větších jader působením gravitace. Velikost a složení částic se však liší v závislosti na čase a geografické poloze.

Aitkenova jádra jsou důležitá při vývoji blesku, protože mohou být ionizována. Kromě míst s nízkou hustotou kondenzujících jader (v nadmořské výšce nebo na moři) jsou obecně pro kondenzaci vodní páry zanedbatelné, protože soutěží s většími jádry.

Aerosoly pocházejí z různých zdrojů: produkty spalování (saze, dehet atd.), Suché nebo mokré chemické reakce v atmosféře ( například chlorid amonný ), mechanické odtržení větrem (zrnka soli přicházející ze vzduchu). Oceán, prach, sopečný popel atd.). Většina kondenzačních jader má smíšené složení, nerozpustný substrát a hygroskopickou část. Jádra obsahující síran nebo mořskou sůl jsou obzvláště účinná, zatímco saze a minerály jsou špatně rozpustné, a proto nejsou příliš účinné. Ty druhé jsou však užitečnější jako mrazící jádra pro tvorbu ledových krystalů v horní troposféře.

Rostliny jsou kvůli své neschopnosti se pohybovat ve svém prostředí vystaveny velkému množství biotických nebo abiotických stresů, které indukují emise mnoha VOC, které mohou také působit jako kondenzační jádra (na obrázku CCN pro cloudová kondenzační jádra) fyzikálně-chemickými výměnami systém atmosféra-biosféra.

Kondenzace

Když se zvednutý vzduch stane přesyceným vzhledem k okolní teplotě, začnou se na vzduchu tvořit kapky obecně nad bodem mrazu . V čistém vzduchu, kde by nebyl žádný prach nebo ionty, by bylo nutné dosáhnout přesycení 500%, než dojde k poklesu vodní páry v důsledku povrchového napětí vody.

Tento druh přesycení se však nenachází v zemské atmosféře, kde měření ukázala, že nepřesahuje 1%. Kondenzační jádra absorbují vodní páru a výsledný chemický roztok sníží povrchové napětí nezbytné k vytvoření kapky. Přesycení potom bude stačit jen několik desetin po 1%, aby se vytvořily kapky mraků.

Podle výpočtů Köhlera, který použil Raoultův zákon a Gibbs-Thomsonův efekt , můžeme odvodit následující rovnici, která souvisí s průměrem ( ) kapičky s tlakem vodní páry ( ), tlakem nasycení nad rovným povrchem ( ) , povrchové napětí mezi kapalnou vodou a vodní párou ( ), hustota čisté vody ( ), počet molů roztoku ( ) a molární hmotnost vody ( ): ${\ displaystyle D_ {p}}$ ${\ displaystyle p_ {voda}}$ ${\ displaystyle p ^ {0}}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {voda}}$ ${\ displaystyle \ rho _ {voda}}$ $n_ {s}$ ${\ displaystyle M_ {voda}}$

{\ displaystyle \ ln \ left ({\ frac {p_ {water} (D_ {p})} {p ^ {0}}} \ right) = {\ frac {4M_ {water} \ sigma _ {water}} {RT \ rho _ {voda} D_ {p}}} - {\ frac {6n_ {s} M_ {voda}} {\ pi \ rho _ {voda} D_ {p} ^ {3}}}}

Diagram vlevo ukazuje vývoj průměru kapky vody za použití zrnka chloridu sodného tří různých průměrů jako kondenzačního jádra. Zvyšuje se s rostoucí relativní vlhkostí, ale pokud relativní vlhkost opět poklesne před dosažením hodnoty mírně nad saturací, viditelné vrcholy, kapička se odpaří. Tato část grafu ukazuje, že vodní pára a kapička jsou v termodynamické rovnováze . Souvisí to s tvorbou zákalu, pokud relativní vlhkost nepřesahuje nasycení.

Jakmile vzduch dosáhne potřebného přesycení, budou kapičky pokračovat v růstu, i když relativní vlhkost klesá, pokud vzduch zůstává nasycený, protože povrchové napětí je menší než přitahování vodní páry. Píky se nazývají „kritický průměr“ a odpovídající „kritické přesycení“ závisí na typu a průměru kondenzačního jádra.

Nejprve dochází k tvorbě velmi jemných kapek, které dávají mraku. Jak tyto kapky stoupají, klesají pod bod mrazu, ale zůstanou podchlazené, pokud nejsou přítomna žádná mrazicí jádra. Ty jsou mnohem méně dostupné než kondenzační jádra. Jak se zvětšují v průměru, musí proběhnout druhý proces, koalescence, aby se dosáhlo průměru dostatečného k vytvoření kapek deště. Ve skutečnosti kapičky vytvořené kondenzací dosáhnou jen několik desítek mikronů v době, která je obvykle nutná k tomu, aby došlo k dešti.

Další efekty

Velmi vysoké koncentrace kondenzačních jader způsobují znečištění ovzduší a zvýšení albeda v atmosféře odráží část slunečního záření zpět do vesmíru. Kondenzace při nasycení poskytuje zákal, jak již bylo zmíněno, který má ještě vyšší albedo. Tvorba mraků nejen dává více albeda, ale také udržuje teplo mezi zemí a vrstvou mraku a vytváří izolační vrstvu jako deka .

Sírany (SO 4 2- a kapiček kyseliny methylsulfonové ) jsou částečně výsledkem rozkladu dimethylsulfidu z oceánské fytoplanktonu . Jakýkoli růst řas v oceánech proto zvyšuje místní koncentraci kondenzačních jader. Gaia hypotéza naznačuje, že globální oteplování by měla podporovat vznik těchto výkvětů, což by zvýšilo albedo snížit oteplování v řídicím systému přírodního jevu. Na druhé straně by stratifikace oceánských teplot mohla oddělit teplou vrstvu růstu fytoplanktonu poblíž povrchu od studené pod ní, kde se nacházejí živiny.

Poznámky a odkazy

„ Kondenzační jádro “ , Glosář meteorologie , o Météo-France (konzultováno 8. května 2012 )
L. Dufour , „ Cloudová mikrofyzika “, Ciel et Terre , sv. 77,1961, str. 68 - 81 ( číst online , konzultováno 12. ledna 2010 )
(in) William Edgar Knowles Middleton , Historie teorií deště a jiných forem srážek , Oldbourne,1966, 223 s.
(in) Hans R. Pruppacher a James D. Klett , Mikrofyzika mraků a srážek , Dodrecht Springer1997, 2 nd ed. , 954 s. ( ISBN 978-0-7923-4211-3 , číst online )
(in) Jarmo Holopainen K. & James D. Blande, „ Kam se dostávají těkavé látky vyvolané býložravci? » , Přední. Plant , sv. 4, n o 185,2013( DOI 10.3389 / fpls.2013.00185 )
" kondenzace " , Pochopení předpověď počasí , Météo-France (přístup 12. září 2009 )
(in) RR Rogers a MK Yau , Krátký kurz fyziky mraků , Pergamon Press ,1989, 293 s. , str. 81 - 89
„ Coalescence “ , Porozumění předpovědi počasí , Météo-France (přístup 12. září 2009 )
(in) Robert J. Charlson , James Lovelock , Meinrat O. Andreae a Stephen G. Warren , „ Oceánský fytoplankton, atmosférická síra, cloudové albedo a klima “ , Nature , roč. 326, n O 6114,1987, str. 655–661 ( DOI 10.1038 / 326655a0 , Bibcode 1987 Natat.326..655C )
(in) Lucinda Spokes Ph.D.,. „ GAIA - The Greek Goddess of the Earth “ , Environmental Science Publicated for Everybody Round the Earth Educational Network on Climate (přístup 9. května 2012 )

Podívejte se také

Bibliografie

(en) NH Fletcher , The Physics of Rainclouds , Cambridge University Press ,1966