Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Вода у повітрі

З поверхні водойм, вологого ґрунту, листя рослин, легень і шкіри людини й тварин в атмосферу Землі випаровується величезна кількість водяної пари (1014 т/рік) і майже чверть цієї води випадає у вигляді опадів на суходолі. Саме тому атмосферне повітря завжди вологе, тобто містить воду. Хоча водяної пари в атмосфері мало, порівняно з іншими складовими, її значення для життєдіяльності всього живого надзвичайне.

Від водяної пари в атмосфері залежить режим випаровування з поверхні суходолу, морів. Перехід водяної пари в рідкий і твердий стани ведуть до утворення туманів, хмар, опадів. Виділення теплоти під час конденсації й замерзання є внутрішнім джерелом енергії руху повітряних мас.

Здатність водяної пари поглинати сонячне та інфрачервоне випромінювання Землі впливає на тепловий режим земної поверхні й атмосфери.

Від умісту водяної пари в атмосфері залежить випаровування води організмом людини, який складається в середньому на 67-68 % з води. За добу (залежно від роду занять) з поверхні шкіри і легень людини випаровується вода масою майже 2 кг. Тривале перебування в теплому й вологому повітрі порушує теплообмін в організмі. Людина стає в’ялою, її працездатність знижується. Саме тому про вміст водяної пари в атмосфері (вологість повітря) щоденно повідомляють у прогнозах погоди.

Важливе значення має вологість для життєдіяльності тваринного й рослинного світу, для процесів сушіння виробів тощо. Контроль і підтримання необхідної вологості дуже важливі також для зберігання книг, творів мистецтва, музичних інструментів, харчових продуктів, овочів, фруктів тощо.

Уміст водяної пари в повітрі, тобто його вологість, можна схарактеризувати кількома величинами. Так, абсолютна вологість повітря дорівнює масі (г) водяної пари в повітрі об’ємом 1 м3 (густина водяної пари). За значенням абсолютної вологості не можна судити про те, багато це чи мало. Проте є стан насичення, коли в повітрі може за певних умов міститися максимально можлива кількість водяної пари. Саме тому ввели величину, яка показує, наскільки водяна пара за певної температури близька до насичення — відносну вологість повітря. Звернімо увагу на те, що атмосферний тиск дорівнює сумі тисків сухого повітря й водяної пари, що є в ньому. Тиск, який чинила б водяна пара, коли б не було інших газів, називають парціальним тиском водяної пари. Тому відносна вологість повітря — це фізична величина, що показує, наскільки водяна пара, що є в повітрі, близька до насичення. Вимірюють відносну вологість φ відношенням парціального тиску водяної пари р, що міститься в повітрі за певної температури, до тиску рН насиченої пари (за тієї самої температури), вираженого у відсотках. Формула для обчислення відносної вологості така:

Оскільки тиск насиченої пари не залежить від об’єму, але залежить від температури, і ця залежність є складною, тому її досліджено експериментально. На основі експериментальних результатів складено таблиці залежності тиску насиченої водяної пари від температури. Унаслідок зниження температури ненасиченої пари її відносна вологість зростатиме без додаткового випаровування води. Зниженням температури повітря можна довести пару, яка є в ньому, до стану насичення, що в природі приводить до утворення туману, випадання роси. Температуру, до якої потрібно ізобарно охолодити повітря певної вологості, щоб водяна пара стала насиченою, називають точкою роси. Точка роси також є характеристикою вологості повітря, оскільки вона дає змогу визначити парціальний тиск водяної пари та відносну вологість. Вологість повітря вимірюють спеціальними приладами — психрометром, гігрометром тощо.

Повітря тропосфери — це потужний водонос: воно містить воду масою близько 15 т. Продукти конденсації водяної пари, що випадають у вигляді мряки, дощу, снігу, крупи, граду або наземних опадів, що осідають з повітря на земну поверхню, як роса, поморозь, ожеледь, називають гідрометеорами.

Краплі води та кристалики льоду створюють суттєву неоднорідність атмосфери. У краплинах води та кристалах льоду відбувається відбивання, заломлення та дифракція (розкладання) сонячних променів. Тому у хмарах досить часто спостерігають світлові (оптичні) явища (мал. 8.21). Вони не мають практичного значення, але дають деяку інформацію про самі хмари, у яких виникають.

Мал. 8.21. а — гало виникає внаслідок заломлення та відбиття світла в льодяних кристалах і спостерігається найчастіше в атмосфері у перисто-шаруватих хмар як світле слабко забарвлене коло навколо світила; б — вінці (ореол) виникають у високо-купчастих хмарах, які закривають диск світила і складаються з дрібненьких однорідних крапель води, а також у туманах навколо штучних джерел світла. Це світле кільце, яке прилягає впритул до диску світила, голубуватого кольору, а зовнішній край червонуватий; в — глорію спостерігають на фоні хмар або туману, які розташовані прямо перед спостерігачем або нижче його, тобто явище можна спостерігати в горах або з літака. Це ореол навколо точки, прямо протилежної диску світила. На ці хмари падає тінь спостерігача і ореол вінчає тінь його голови; г — райдугу (веселку) спостерігається на фоні хмар, з яких іде дощ і які підсвічуються прямими сонячними променями

Скупчення продуктів конденсації та сублімації, завислих у повітрі безпосередньо над земною поверхнею, створює такі атмосферні явища як серпанок, туман, імлу (мал. 8.22).

Мал. 8.22. Краса природи й небезпека забруднення довкілля

Якщо процеси конденсації та сублімації відбуваються на земній поверхні та на наземних предметах і спорудах, ми можемо спостерігати росу, іній, паморозь, наліт, ожеледь, ожеледицю (мал. 8.23).

Мал. 8.23. Наслідки процесів конденсації та сублімації води: краса та небезпека

Поясніть відмінність між ожеледдю та ожеледицею, наведіть на підтвердження своєї думки приклади з художньої літератури.