Informacje - szczegóły

«  Dodaj Informację

Antropologia (18) | Archeologia (536) | Astronomia (551) | Biologia (184) | Biotechnologia (38) | Chemia (90) | Ciekawostki (1820) | Ekologia (485) | Ekonomia i Biznes (356) | Etnologia (24) | Filozofia (33) | Fizyka (115) | Fundusze, granty, stypendia (146) | Genetyka (143) | Geografia (49) | Geologia (58) | Gimnazjum (25) | Historia (774) | Historia sztuki (104) | Imprezy kulturalne (382) | Informatyka (329) | Inne (507) | Językoznawstwo i filologie (83) | Konferencje i imprezy naukowe (525) | Konkursy (386) | Kształcenie zintegrowane (11) | Liceum / Technikum (118) | Literatura (76) | Ludzie nauki (272) | Matematyka (43) | Medycyna (1501) | Miasta i regiony (46) | Muzyka (39) | News bulletin - English (671) | Paleontologia (50) | Prawo (116) | Przyroda (428) | Psychologia (258) | Religie (77) | Rozrywka (59) | Socjologia (347) | Sport (68) | Studia wyższe (198) | Szkoła podstawowa IV-VI (16) | Sztuka (13) | Świat (1232) | Targi (58) | Technika i technologie (506) | Turystyka (20) | Uczelnie wyższe (543) | Unia Europejska (82) | Współpraca naukowa (44) | Wszystkie etapy szkolne (154) | Wychowanie przedszkolne (20) | Z życia szkoły (38) | Żywienie (136)

Dlaczego pada deszcz?
2007-11-28 08:23:42

O tym jak w atmosferze powstają krople opadowe i kryształki śniegu naukowcy wiedzą... prawie wszystko. Zespół naukowy dr. hab. Szymona Malinowskiego z Zakładu Fizyki Atmosfery Instytutu Geofizyki Uniwersytetu Warszawskiego szuka odpowiedzi na pytanie, jak może dochodzić do zderzania się, a tym samym łączenia, kropelek w chaotycznie poruszających się masach powietrza. Prawdopodobieństwo takiego zderzenia prof. nadzw. UW porównuje z szansą, jaką na zderzenie się mają dwa balony puszczone wolno w dużej auli wykładowej.

KROPLA KROPLI NIERÓWNA
Promień kropli opadowej nie przekracza jednego milimetra. Mały deszczyk składa się z kropli o średnicy dwóch dziesiatych milimetra. Tymczasem promień kropli chmurowej to około dziesięciu mikrometrów, a więc jest on sto razy mniejszy niż promien kropli deszczu. Kropla deszczu powstaje z połączenia aż miliona kropelek chmurowych, które powstają w wyniku procesu kondensacji pary wodnej.

Prof. Malinowski tłumaczy, że w atmosferze, w temperaturze od minus 7 do minus 30 stopni, występują często obok siebie maleńkie kropelki i nieregularne kryształki śniegu. Jak dodaje, przed nimi jeszcze długa droga do opadu.

"Powietrze składa się z azotu, tlenu, argonu, dwutlenku węgla. Mało kto mówi o wodzie, jako składniku powietrza. Tymczasem woda w powietrzu występuje w trzech stanach skupienia - jako ciecz, para wodna czyli gaz i kryształki" - mówi profesor. Zwraca uwagę, że wilgotność to najbardziej zmienny parametr powietrza.

Jak definiuje fizyk, wilgotność właściwa to masa pary wodnej zawarta w jednostce masy powietrza. Ciśnienie atmosferyczne to suma ciśnienia powietrza suchego i para wodna. Natomiast prężność pary wodnej to ciśnienie cząstkowe, wywołane przez tylko przez parę. Zależy ono od temperatury. Maksymalne ciśnienie pary maleje, gdy temperatura spada, wtedy reszta pary zamienia się w wodę.

Aby zobrazować wzajemne relacje temperatury i ciśnienia, prof. Malinowski podaje przykład odczuwalnej wilgotności w naszych domach. Zauważa, że paradoksalnie zimą w mieszkaniu jest sucho. Dzieje się tak dlatego, że temperatura jest wyższa, niż na zewnątrz, więc zmienia się prężnośc pary nasyconej i spada wilgotność względna.

JAK POWSTAJĄ KROPLE CHMUROWE

Kondensacja to zmiana stanu skupienia. Gdy zachodza warunki prowadzące do kondensacji, cząstki pary łączą się w zgrupki. Ale szansa na takie samoistne połączenie jest mała. Prawdopodobieństwo takiego połączenia wzrasta dzięki tzw. jądrom kondensacji. Mogą nimi być zanieczyszczenia i pyłki obecna w atmosferze. Gdy są to substancje higroskopijne (cząsteczki soli, siarczany, niektóre bakterie), wokół nich powstają kropelki.

"Budowa małej +zgrupki+ cząsteczek wody utrudnia jej powiększanie się i przekształcenie w kroplę. Siła napięcia powierzchniowego działa na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją, dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy. Molekuły cieczy przyciągają się nawzajem do środka. Bariera napięcia powierzchniowego jest tym większa im bardziej zagięta powierzchnia. To nie sprzyja przyłączaniu do +zgrupki+ kolejnych cząsteczek pary wodnej, czyli przekształcaniu się +zgrupki+ w kroplę" - tłumaczy naukowiec.

Jak dodaje, tę barierę można pokonać dzięki higroskopijnym jądrom kondensacji. Dobrym przykładem takiego jądra jest sól, która zabiera parę wodną z powietrza, przylepiając do siebie jej cząstki. Gdy w atmosferze jest mało jąder kondensacji, w efekcie kondensacji powstaje mało dużych kropli; gdy liczba zanieczyszczeń jest duża - wiele małych kropli.

Okazuje się zatem, że chmury powstające w czystym i zanieczyszczonym powietrzu mają różne właściwości, co ma konsekwencje dla klimatu i opadów.

TAJEMNICE POWSTAWANIA CHMUR

Prof. Malinowski wymienia trzy procesy prowadzące do powstawania chmur. Pierwszy z nich to proces kondensacji pary wodnej we wznoszącej się porcji powietrza. Podczas ruchu w górę zmniejsza się ciśnienie atmosferyczne, porcja rozpręża się i spada w niej temperatura. Ciśnienie pary wodnej przekracza ciśnienie pary nasyconej, dzięki powstają mikroskopijne kropelki i powstaje chmura konwekcyjna.

Drugim zdarzeniem, które prowadzi do powstania chmury, jest spotkanie dwóch mas powietrza, chłodnej i ciepłej (mieszanie izobaryczne). Wskutek ich wymieszania też dochodzi do procesu kondensacji. Widać to, gdy samolot wyrzuca spaliny o wysokiej temperaturze i dużej zawartości pary wodnej. To samo dzieje się podczas chuchania na mrozie.

Ostatni sposób to ochładzanie izobaryczne - gdy masy powietrza ochładzają się. Najczęściej dzieje się to przy powierzchni ziemi i tak powstaje mgła.

KROPLA NIEJEDNO MA IMIĘ

Jak podkreśla prof. Malinowski, powstawanie kropel opadowych to inny proces niż powstawanie kropli chmurowych, bowiem krople opadowe mają masę milion razy większą, niż chmurowe, więc nie powstają w wyniku kondensacji.

Małe kropelki chmurowe opadają z prędkością 1 m/s, duże krople 27 cm/s, a typowa kropla deszczu spada z prędkością 650 cm/s. Żeby powstał opad musi w chmurze pojawić się pewna liczba większych kropel, które - spadając szybciej niż małe - będą wymywać kropelki chmurowe leżące na ich drodze i w ten sposób się powiększać.

Naukowiec zdradza też niektóre tajemnice związane ze śniegiem - jego powstawaniem i kształtem płatków. Jak mówi, aby powstały kryształki, w kropelkach muszą uporządkować się cząsteczki wody. Tu z kolei potrzebne są jądra zamarzania, czyli cząsteczki o strukturze bliskiej kryształkom lodu. Jedynie w bardzo niskich temperaturach, poniżej minus 15 stopni Celsjusza, kropla zamarza samoistnie.

Sposób rozwoju kryształów zależy od temperatury. Płatki śniegu tworzą się od zera do minus 5 stopni. W troposferze chmura o temperaturze między 0 a minus 8 stopni zawiera przechłodzone krople, od minus 8 do minus 15 stopni jest szansa na lód, dopiero poniżej minus 15 stopni cała chmura zamarza.

"Kryształki lodu rosną pod wpływem obecności kropelek wody, aż w końcu wszystkie przechłodzone kropelki zamarzają. Spadając, kryształki spotykają się z niezamarzniętymi kroplami. Po drodze wymywają mniejsze kropelki i rosną, spadając coraz szybciej. Do powstania opadu potrzebne są zatem temperatury znacznie poniżej zera, żeby mogły zamarznąć w atmosferze kropelki" - wnioskuje fizyk. Zaznacza, że tak powstaje 70 proc. opadów.

Okazuje się bowiem, że są też inne mechanizmy opadowe, których naukowcy wciąż jeszcze nie opisali. Stawiane są różne hipotezy. Jedna z nich omawia gigantyczne jądra kondensacji - wielkie kryształki soli, które biorą się z rozbryzgów fal morskich i mogą ściągać dużo wody.

Druga hipoteza opiera się na fakcie, że powietrze porusza się, a jego chaotyczne przepływy mogą zbijać i gromadzić kropelki. Jednak odległości między kropelkami są ogromne i szanse na zderzenie można przyrównać do tych, jakie miałyby dwa baloniki fruwające w olbrzymiej auli. Fizycy z grupy prof. Malinowskiego badają, jak kropelki mogą zderzać się w przepływie.

PAP - Nauka w Polsce, Agnieszka Uczyńska

Jeżeli nie znalazłeś tego czego szukasz skorzystaj z poniższej wyszukiwarki.

Web www.eduskrypt.pl