Основной источник парообразования в атмосфере Земли - испарение с поверхности воды.Это, конечно, в первую очередь, моря, а также озера и реки. Но также влага испаряется и с поверхности суши, например, из влажной почвы.

Иногда даже с поверхности ледников в г. Порой испаряются и другие материалы, включая рукотворные. Из-за этого над планетой зависло настоящее невидимое море. Хотя его мало в сравнении с жидкой водой, средняя масса жидкости над каждым гектаром планеты составляет в районе 200 тонн воды. Разумеется, в пустынях, или, вернее, над ними, это значение меньше. Эта газообразная вода, как часть земной атмосферы – очень интересная тема для изучения. С ней связано множество необычных научных фактов.

Основные свойства

Для начала дадим определение водяного пара. Это понятие означает газообразное агрегатное состояние воды.
Не имеет цвета, вкуса и запаха. Есть ряд основных свойств, которые определяют место и характеристики водяного пара в атмосфере земли.

Форма

Водяной пар – газ. Как и все газы, он не имеет ни постоянного объема, ни, соответственно, формы. Нет у него и цвета, он почти полностью прозрачен и искажает солнечные лучи столь незначительно, что увидеть его невозможно.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Заметить водяной пар можно лишь в том случае, если он, под действием температуры и давления, конденсируется до состояния влажной взвеси из капель или ледяных кристаллов. Тогда будут видны облака и туман – но это уже не водяной пар.

Влажность

Разумеется, помимо того, в какой форме присутствует водяной пар, важно его количество. Содержание водяного пара в воздухе именуется влажностью. Это неоднородный показатель. Ученые-климатологи и метеорологи различают два вида влажности: абсолютную и относительную.

Есть ряд физических величин, которые используются, чтобы характеризовать влажность. Очень часто это внесистемные единицы, то есть они не регламентированы единой системой измерений. Их перечень включает в себя:

Обозначает, какое количество газообразной влаги содержится в одной условной единице объема
Так обозначают максимальной количество водяного пара, которое условная единица объема воздуха может содержать при текущих показателях температуры и давления без конденсации пара во влагу
Также известная под названием парциального давления. Обозначает давление, которое оказывал бы содержащийся в условной единице воздуха водяной пар, если бы занимал тот же объем
Представляет собой частное от деления показателя давления пара в действующих условия на давление пара в насыщенном состоянии воздуха
Это температура, при которой пар считается насыщенным. Называется так, потому что по ее достижению влага конденсируется и выпадает в виде росы
Этот параметр отображает содержание газообразной воды в атмосфере, но обозначает вес и выражен в граммах по отношению к одному килограмму увлажненного воздуха
Указывает на температуру в градусах Цельсиях, при которой в воздух начинает поступать водяной пар и происходит насыщение влагой
Определяет, насколько плотен воздух в окружающей среде и, соответственно, его вес на условную единицу объема. Зависит от состава воздуха, температуры и давления

Парообразование в атмосфере

Мы привыкли всегда думать о воде, как о части гидросферы, и не связывать воздух со столь большими объемами. Но откуда же она берется в газообразной оболочке нашей планеты?

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Все дело в процессе испарения. Солнечные лучи днем нагревают поверхность воды. Этого нагрева недостаточно для кипения, но это создает термодинамическую разницу между жидкостью и воздухом над ней.
Частицы воды двигаются с неравномерной скоростью, некоторые – быстрее других. Они преодолевают молекулярные связи и поверхностное натяжение, отрываются от основного объема жидкости и оказываются в окружении воздуха. После их обычно уносит течениями ветра.
Это не очень быстрый процесс, но ввиду огромной площади открытой воды на нашей планете, он происходит в очень больших масштабах. И этот процесс невозможно остановить.
Солнце нагревает земную поверхность постоянно, и потому процесс испарения идет круглосуточно – даже если обратная сторона в темноте, то световая нагревается. Интенсивность нагрева зависит от широты и текущего времени года.

Основными источниками водяного пара, в порядке убывания доли в общем объеме испарения, являются:

  • Моря и океаны.
  • Реки и озера.
  • Влажный грунт.

  • Влажная растительность.
  • Вода в твердом виде (горные и арктические ледники).

При этом больше всего водяного пара в тропосфере, которая представляет нижний слой атмосферы (до 20 километров высоты). В ней 99% от всего водяного пара. Дело в том, что выше атмосфера слишком разреженная и воздух слишком холодный. Пар конденсируется в виде кристаллов льда и возвращается в более низкие слои атмосферы в виде облаков.

Роль водяного пара в атмосфере

Водяной пар имеется от нижней до верхней прослойки атмосферы, конденсируясь в облаках самых разных видов. Он имеет очень большое значение в климатообразовании нашей планеты и окружающей среде.

Именно во многом благодаря ему  и происходит образование погоды, поддержание постоянных климатических условий и создание пригодной для человеческой жизни природной обстановки.

Например, водяные пары являются естественными поглотителями тепла, отражаемого от поверхности земли. Также он является частью круговорота воды, и, соответственно, создает атмосферные осадки, вроде дождя и снега.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Пары воды влияют на климат в планетарном масштабе. Задерживая тепло в атмосфере, они способствуют ее разогреву. Однако также водяной пар образует облака, которые отражают солнечные лучи и уменьшают количество солнечного тепла, достигающего земной поверхности.

Газообразная вода играет важнейшую роль в переносе тепла по всей планете – от экватора к полюсам. Этот пар также сглаживает суточные и сезонные колебания степени нагретости воздуха. К примеру, в безоблачную ночь самый нижний приземной слой охлаждается быстрее всего. Из-за этого возникает низкий туман (радиационный). При конденсации такого тумана образуются капельки росы. Смачивая растения, они сильно влияют на их развитие.

Вода является источником гидроксильного радикала ОН, выполняющего функцию окислителя. Радикал способен поглощать очень много различных парниковых газов – метана, гидрофторуглеродов, углеводородов и окиси углерода.

Любой знает, что без влаги в воздушной оболочке невозможна жизнедеятельность животных и человека. Количество газообразной воды в атмосфере влияет на самочувствие и здоровье человека. К примеру, жара в сочетании с высокой влажностью хуже переносится; при этом возрастает риск теплового удара.

Является ли количество газов постоянным?

Количество пара в атмосфере непостоянно и все время изменяется. Главный фактор, влияющий на насыщенность воздуха паром – это температура. Чем она выше, тем больше влаги содержится в единице объема газа.

Сколько процентов пара содержится в воздухе? Так, в холодных арктических регионах содержание воды в воздухе составляет примерно 0,2%, в то время как в экваториальных областях – до 4%.

На содержание влаги в атмосфере влияют также:

  • Высота над уровнем моря.
  • Подстилающая поверхность (характер почвы, ее структура, рельеф).
  • Удаленность от морей и океанов.

  • Густота растительности на поверхности Земли (с лугов испаряется в три раза больше воды, чем с поверхности, лишенной растений).
  • Время суток.

Абсолютная и относительная влажность — в чем разница?

Под абсолютной влажностью следует понимать количество воды в граммах в каждом кубическом метре газа. Чем больше влаги на земной поверхности и чем теплее, тем абсолютная влажность выше. Воздух не может поглотить бесконечное количество пара, так как существует предел – точка насыщения.

Насыщенный пар пребывает в динамическом равновесии с жидкостью. Это означает, что скорость испарения равняется скорости конденсации. При определенной температуре в единице объема не может быть больше пара.

Относительная влажность являет собой отношение абсолютной влажности к количеству влаги, равному точке насыщения при определенной температуре. Так, например, при 30 градусах тепла воздух может содержать максимум 30 г водяного пара, а при 20 градусах – всего 17 г.

Если в нем содержится 15 г пара, то при 30 градусах относительная влажность будет равняться 50%, а при 20 градусах – 88%.
А при 10 градусах тепла из этого количества пара 6 г конденсируется в виде росы.

Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, начинает конденсироваться, называют точкой росы. В приведенном примере точка росы будет примерно при 17,5 градусах.

В каком воздухе содержится больше водяного пара?

Чем более теплый воздух, тем больше в нем может содержаться паров воды. Но чем он влажнее, тем меньше объема приходится на постоянные составляющие – азот, кислород, аргон, углекислый газ и инертные газы.

Самый сухой воздух зимой в Якутии и Антарктиде – наиболее холодных местах мира. А вот в тропических джунглях и влажных экваториальных лесах содержится больше всего влаги.

Приборы для измерения

Научные методы в исследованиях невозможны без специализированного оборудования. Для измерения количества водяного пара в окружающем воздухе в науке используют гигрометры и психрометры.

Простейшим прибором, измеряющим относительную влажность, является волосяной влагомер. Он состоит из синтетического волоса, основания, шкалы, стрелки и шкива. Влага, содержащаяся в воздухе, изменяет длину волоса и, соответственно, положение стрелки на шкале.
В пленочном гигрометре используется чувствительная органическая пленка. Принцип работы этого устройства похож на волосяной гигрометр.
Весовой гигрометр позволяет измерить абсолютную влажность воздуха. Его используют для опытов в условиях лабораторий. Конденсационный измеритель позволяет получить наиболее точный анализ содержания влаги в атмосфере.
Электронный гигрометр – достаточно современное устройство для измерения влажности воздуха в помещениях. Цифровой гигрометр работает с помощью миниатюрных микросхем, поэтому всего за несколько секунд пользователь может получить самые точные показатели относительной влажности и их изменение.
В психрометрах установлены две трубки с градусной шкалой, одна из которых обмотана влажной тканью. В процессе испарения влаги температура на влажной трубке ниже, нежели на сухой. Чтобы получить результат, нужно сравнить показатели сухого и влажного термометра и сопоставить полученную разницу с таблицей.

Конденсация

Конденсация – это переход воды из газообразного состояния в жидкое. Этот процесс начинается при понижении температуры до точки росы. Здесь воздух становится насыщенным, возникают микроскопические капли воды диаметром в несколько микрон, которые в дальнейшем увеличиваются. Это происходит из-за того, что энергия более горячего пара передается более холодному воздуху.

Если конденсация происходит при отрицательной температуре, то образуются капельки переохлажденной жидкости. Вскоре они замерзают, и на них нарастают мельчайшие кристаллы льда.

Частые вопросы

Связан ли водяной пар с кипением?

Водяной пар в природе может возникать в природе из-за кипения, но редко. Это происходит из-за геотермальных источников, гейзеров и подводных вулканов.

Чист ли водяной пар?

Обычно водяной пар по своей чистоте близок к дистилляту, потому что при испарении все примеси в жидкости остаются в воде. Но из-за деятельности человека (например, городского смога и химикатов) при конденсации водяной пар может стать загрязнен токсичными веществами.

Облака - это водяной пар?

Нет. Облака, как и туман, представляют другой тип атмосферного явления – взвесь из конденсированного водяного пара. Вместо отдельных молекул воды в них хоть и крохотные, но капли влаги.

Можно ли пить дождевую воду?

Да, но лучше пропускать ее через фильтр и кипятить. Хотя дождевая вода сама по себе чистая до попадания на землю, т.к. появляется из чистого водяного пара, антропогенные факторы (особенно смог, выхлопные газы и т.д.) могут добавить в нее вредных примесей.

Может ли источник водяного пара в природе исчезнуть?

Да. Некоторые озера, остающиеся без притока воды, под действием солнца испаряются полностью.

Интересное видео по теме:

Заключение

В атмосфере все время находится некоторое количество водяного пара. Он поступает в воздух за счет постоянного испарения воды с земной поверхности.

Количество влаги в газообразной оболочке все время разное и зависит от интенсивности солнечной радиации, подстилающей поверхности, удаленности от водных объектов.

Чем выше температура, тем большее количество влаги может содержаться в воздухе. Определить его влажность можно с помощью специальных приборов.