Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 26
Текст из файла (страница 26)
2.11 представлена кривая кипения воды лля более широкого интервала значений р,. Кривая кипения на рис. 2.10, б составляет лишь небольшую часть кривой на рис. 2.11 (она находится в пределах заштрихованной области). Как и следовало ожидать, при атмосферном давлении, равном 1 атм, температура кипения воды равна 100 'С. Если, например, подняться в горах на высоту, при которой давление атмосферы составляет 0,7 атм (т. е. около 3 км над уровнем моря), то вода закипит при 90 'С. Чем ниже атмосферное давление, тем меньше упругость насышения, позволяюшая пузырькам высвободиться из воды, и поэтому тем меньше температура кипения.
Совсем нетрудно заставить воду закипеть например, при 20 'С, если поместить ее в закрытый сосуд и откачать из сосуда воздух, снизив его давление до 23 гПа, составляюшего 2,3% от нормального атмосферного давления. Г„„„, 'С 100 90 80 60 40 20 1 атм. Рис. 2.11 2.3. ТУМАНЫ Характеристики тумана Туман — это скопление мелких капель воды, возникающее при определенных условиях в атмосфере в непосредственной близости от поверхности суши или воды. Туман стелется над самой поверхностью, образуя слой толщиной от нескольких метров до десятков, иногда сотен, метров.
Он снижает горизонтальную види- ЗЗ. Туманы 14З мость, ограничивает ее расстояниями от километра (слабый туман) до нескольких метров (очень сильный туман). Диаметр капель воды в тумане принимает значения примерно от 0,5 до 100 мкм. В обычном тумане диаметр капель порядка 10 мкм. Если в тумане преобладают очень мелкие капли (менее 1 мкм), его называют дымкой. Если же капли тумана относительно велики (диаметр 100 — 200 мкм), то это так называемая морось. Количество капель в 1 смз тумана примерно от 100 до ! 000.
Важной характеристикой тумана является его водность — общая масса всех водяных капель в единице объема. Водность тумана обычно не превышает 0,1 г/м'. В особо плотных туманах она может достигать 1 г/м'. Эти числа могут показаться очень малыми. Ведь собрав воедино все капли из тумана, занимаюшего объем 1000 м' и имеющего водность 0,1 г/м', мы получим всего лишь полстакана воды (100 г), Поэтому кажется удивительным, как быстро намокает одежда у того, кому пришлось окунуться в промозглую сырость тумана. Однако не следует особенно удивляться. В действительности воды в тумане не так уж мало. Рассмотрим слой тумана толщиной 10 м, повисший над полем плошадью 5 км'.
Объем такого слоя равен 5 1О' м'. При водности тумана 0,1 г/м' в рассматриваемом слое содержится 5. 1О' кг воды. Этого вполне достаточно для орошения данного поля. Заметим, что туманы и росы — сушественный источник влаги, необходимый растениям. Разнообразнетуманов Из огромного разнообразия туманов выделим пять типичных примеров, опишем их, а затем объясним физику возникновения. Первый пример Предположим, что имеется хорошо прогреваемый солнцем водоем (пруд, озеро, мелководная бухта). За ночь воздух над поверхностью воды охлаждается в большей степени, чем сама вода; его температура оказывается заметно меньше.
Над водой возникает утренний туман. Он весьма нестоек. Взойдет солнце, и он быстро исчезнет. Желая подчеркнуть быстротечность молодости и юных мечтаний, А. Пушкин недаром упоминает утренний туман: 144 Глава 2 Фазовые аереходы в атмосфере Любви, надежды, тихой славы Недолго нежил нас обман, Исчезли юные забавы, Как сон, как утренний туман... Второй пример Холодный воздух переносится ветром в горизонтальном направлении и оказывается над теплой водой. И тут же над водой начинает образовываться туман.
Такой туман можно наблюдать, например, в Арктике, когда массы холодного воздуха над льдами перемещаются на открытую воду. Третий пример Теплый воздух переносится ветром и оказывается над холодной поверхностью. При этом он охлаждается, и в результате возникает туман. Такой туман образуется, например, когда воздушные массы, получившие тепло от реки, перемещаются к покрытому снегом берегу. Таковы зимние туманы, характерные для Санкт-Петербурга. Возможен и другой случай: масса воздуха, прогревшись над берегом, перемешается в сторону моря и там отдает тепло холодной морской воде. Эти туманы образуются летними вечерами на море вблизи берега.
Вспомним у А. Пушкина: Погасло дневное светило, На море синее вечерний пал туман... Четвертый пример Находящиеся над нагретой водой теплые массы воздуха поднимаются по склону горы и попадают в область относительно холодного воздуха. И уже там, наверху, в пропессе охлаждения поднявшегося над холодным воздухом теплого воздуха образуется туман. Этот туман спускается по склону горы вниз, к воде. Именно такую ситуацию описал И.А.
Бунин в стихотворении «Сумеркивс Все точно в полусне. Над серою водой Сползает с гор туман, холодный и густой, Под ним гудит прибой, зловеще разрастаясь, А темных голых скал прибрежная стена, В дымящийся туман погружена, Лениво курится, во мгле теряясь. 2.3. Туманы 145 Пятый пример После захода солнца нагретая за день земля остывает быстрее, чем воздух. Приповерхностные массы воздуха оказываются теплее; они начинают отдавать тепло земле и, как следствие, охлаждаются. Возникает вечерний туман, о котором упоминал М.Ю. Лермонтов: И скрылся день; клубясь, туманы Одели темные поляны Широкой белой пеленой...
Обратим внимание на подмеченное поэтом свойство тумана клубиться. Но туман чаще, все-таки, не клубится, а «ползет». Вспомним у С.А. Есенина: Пряный вечер. Гаснут зори. По траве ползет туман... Представленные на перечисленных примерах картины тумана обычно наблюдают в природных условиях — в полях, на лугах, на лесных полянах, на берегах рек и морей. Городские же туманы, как правило, более плотные и на первый взгляд неподвижны. Отметим известные лондонские туманы, именуемые смогом. Английский поэт Эмиль Верхарн в довольно мрачных тонах описывает туман, сгустившийся в городе над загрязненной рекой: Сплошными белыми пластами Туман залег между домов...
Туман сырой, туман холодный, Туман, как белый войлок, плотный, Окутал низкие челны... Образованиетуманов; туманы испарения и тунанн охлаждения Образование тумана можно рассматривать как явление выделения росы. Но выделение ее происходит в данном случае не на поверхности земли, не на поверхностях листьев или травинок, а в объеме воздуха. При определенных условиях часть водяного пара, находящегося в воздухе, конденсируется, в результате чего и возникают водяные капли тумана. Обратим внимание на то, что лишь очень небольшая часть массы водяного пара превращается в воду, содержащуюся в каплях тумана.
146 Глава 2. Фвэовие переходи в атмосфере Зависимость парциального давления (упругости) р„насыщенного пара от температуры Т представлена графически кривой испарения на рис. 2.7, а. Видно, что при обычных температурах (близких к 20 'С) упругость насыщенного пара равна 20 гПа. Используя (2.7), получаем, что при 20'С (293 К) насыщенный пар с упругостью 20 гПа, имеет плотность 15 г/м'. В то же время водность тумана, как уже отмечалось, обычно не превышает 0,1 г/м'.
Значит, в капли тумана конденсируется не более ! % массы водяного пара. При каких условиях возникает туман? Таких условий два. Первое почти всегда выполняется. Оно требует, чтобы в воздухе содержались ядра конденсации — центры, на которых будет происходить конденсация пара. Роль таких ядер выполняют аэроэольные частицы в виде капель растворов солей и кислот, твердых частиц, растворимых в воде, а также нерастворимых, но смачиваемых водой (частиц почвы, горной породы, дыма).
В городском воздухе, вследствие его относительно сильной загрязненности, концентрация ядер конденсации в десятки и сотни раз больше, чем в воздухе сельских, морских, горных районов. Именно поэтому городские туманы отличаются более высокой водностью и устойчивостью. Второе условие возникновения тумана выполняется далеко не всегда. Оно требует, чтобы водяной пар был не просто насыщенным, а пересыщенным, т, е, чтобы его упругость оказалась больше упругости насыщенною пара при рассматриваемой температуре. Укажем два крайних случая, когда пар становится пересышенным.
Первый случай поясняет рис. 2.!2, а, на котором повторяется кривая испарения, изображенная ранее на рис. 2.7, а. Будем полагать упругость пара неизменной (обозначим ее р,). Исходную температуру воздуха, а значит, и содержащегося в нем пара обозначим Т,; таким образом исходное состояние пара представляется точкой А на рТ-плоскости.
Предположим, что температура воздуха изобарически понижается. По достижении температуры Т, (точки росы) пар насыщается; при дальнейшем охлаждении он становится пересышенным. При температуре Т, упругость пара оказывается выше упругости р, насыщенного пара при этой температуре, что и указывает на пересыщение пара и, следовательно, на возникновение тумана. Образующийся в рассматриваемом случае туман называют туманом охлаэкдения. Это туман, возникающий при изобарическом охлаждении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
