Атмосфера Земли — Вода в атмосфере Земли и гидрологический цикл

Вода в атмосфере Земли содержится:

— в виде пара (водяной газ, образующийся в процессе испарения воды),
— в жидком состоянии (облачные элементы в виде капель воды, дождевые капли),
— в замерзшем состоянии (облачные элементы в виде ледяных кристаллов, снежинки, градины).

Отличительной особенностью воды от других составных элементов атмосферы Земли, является то, что ее содержание в атмосфере постоянно меняется.

Содержание воды в атмосфере Земли зависит от:

• — температуры воздуха,
• — состояния испаряющей поверхности.

В арктических странах температура воздуха очень низкая, поэтому в атмосфере содержится очень малое, с трудом поддающееся измерению, количество воды – т.е. воздух является сухим. В жарких же странах, где процесс испарения идет очень интенсивно, наоборот, количество воды в атмосфере Земли может достигать 4% и воздух является очень влажным.

Парциальное давление (гПа) – давление отдельно взятого компонента в газовой смеси, в нашем случае, паров воды в атмосфере. Т.е., парциальное давление водяного пара – это давление, которое имел бы водяной пар, если бы он занимал объем, равный объему газовой смеси, в которой он находится (при той же температуре).

Газы всегда вытекают из области с высоким парциальным давлением в область с более низким давлением; и чем больше разница, тем быстрее поток.

При повышении температуры воздуха, процесс испарения становится все интенсивнее, в воздух поступает все большее количество молекул воды, и парциальное давление паров воды увеличивается.

Когда достигается равновесие между количеством молекул, покидающих воду и возвращающихся в нее, давление становится равновесным, а пар – насыщенным. При новом повышении температуры для поддержания насыщенности водяного пара, необходимо новое поступление молекул воды в воздух.

• Таким образом, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяного пара может содержаться в воздухе и тем выше равновесное парциальное давление пара.

При понижении температуры воздуха начинается отток молекул воды из атмосферы Земли. Это происходит путем конденсации паров воды. Так, при охлаждении температуры воздуха, под утро выпадает роса, а если подморозит, то образуется иней.

Абсолютная влажность воздуха

Абсолютная влажность воздуха (г/м³) – масса водяного пара в граммах, содержащаяся в 1 куб. м. воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе.

Абсолютная влажность воздуха зависит от температурного режима и переноса (адвекции) влаги с океаническими массами воздуха. При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определенное количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения.

Абсолютная влажность воздуха в состоянии его насыщения носит название влагоёмкости. Влагоемкость воздуха увеличивается с повышением температуры.

Зависимость количества водяного пара в насыщенном воздухе от температуры воздуха.

Упругость водяного пара.

Упругость водяного пара в атмосфере — парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе; выражается в мбар или мм рт. ст. (по системе СИ — в гПа). Упругость водяного пара зависит от количества водяного пара в единице объёма и является одной из характеристик влажности воздуха.

Упругость водяного пара у земной поверхности может быть около нуля (в Антарктиде, зимой в Якутии, иногда в пустынях) и до 30—35 мбар вблизи экватора. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар) и летом ниже 5 мбар; в тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость водяного пара понижена до 5—10 мбар. С высотой упругость пара быстро убывает — в 2 раза в нижних 1,5 км и почти до нуля на верхней границе тропосферы.

Максимальные значения упругости водяного пара и абсолютной влажности воздуха при различных температурах воздуха.

Температура воздуха, °С	Максимальная упругость водяных паров Е, мм рт. ст.	Максимальная абсолютная влажность воздуха fмакс, г/м3
— 25	0,47	0,55
— 20	0,77	0,88
— 15	1,24	1,38
— 10	1,95	2,14
— 5	3,01	3,24
0	4,58	4,84
5	6,54	6,84
10	9,21	9,4
15	12,79	12,8
20	17,54	17,3
25	23,76	23,0
30	31,82	30,3

Относительная влажность воздуха

Относительная влажность воздуха (%) – отношение фактически содержащегося в воздухе пара к максимально возможному (насыщенному) при данной температуре. Например, если относительная влажность равна 100%, то можно сказать, что воздух максимально заполнен парами воды. Если же относительная влажность воздуха равна 10%, то паров воды в атмосфере находится всего 10% от максимально возможного.

При низкой относительной влажности и высокой температуре воздух стремится к насыщению, поэтому процессы испарения воды идут очень интенсивно: быстро сохнет белье, высыхают лужи, испаряются реки и др. Человек легче переносит жару в условиях низкой относительной влажности воздуха, так как пот с поверхности тела испаряется очень быстро, тем самым принося ощущение прохлады.

Воздух в зависимости от насыщения водяными парами бывает:

• сухой — до 55%,
• умеренно сухой — от 56 до 70%,
• умеренно влажный — от 71 до 85%,
• очень влажный — выше 86%.

Влияние влажности воздуха на организм человека:

Сухой воздух :

• Вызывает усиленное испарение влаги с кожи, растений и предметов мебели.
• Сухая слизистая носа – причина частых насморков и ОРЗ.
• Кожа стареет и теряет эластичность, что влияет на обмен веществ.

Повышенная влажность:

• При высокой температуре способствует перегреванию организма, а при низкой — переохлаждению.
• Так как вода лучше проводит тепло, чем воздух, нам холоднее при высокой влажности, чем при низкой.

Вода в природе находится в постоянном движении. С поверхности земли, морей, рек, озер и океанов она испаряется в атмосферу. С поверхности океанов ежегодно испаряется 5,05·10⁸ Мт, а с поверхности материков 0,72·10⁸ Мт воды. В атмосфере вода переносится над поверхностью земли воздушными массами, конденсируется и возвращается на землю в виде осадков. Часть вернувшейся воды впитывается в землю, часть вновь испаряется, часть попадает в реки и течет к океану, чтобы в конце концов испариться с его поверхности в атмосферу Земли. Этот процесс называется гидрологическим циклом.

В гидрологическом цикле участвует около 12-14 тыс. км³ воды. Если равномерно распределить всю эту воду по поверхности земного шара, то получится слой толщиной 25 мм.

В целом для земного шара характерно равенство объемов осадков и испарения, по 577,1 тыс. км³/год, однако как выпадение осадков, так и испарение между сушей и океанами распределено неравномерно.

На сушу в виде осадков ежегодно выпадает 119,1 тыс. км³ воды. Из них 72,3 км³ воды обратно испаряется в атмосферу Земли, а оставшиеся 46,8 км³ – стекают в океан. Т.е., над сушей количество воды, выпадающей в виде осадков, больше, чем количество испаряющейся воды. Над поверхностью океанов мы наблюдаем обратную картину: количество испаряющейся воды больше количества осадков за счет тех самых 46,8 км³ воды, которые стекают в океан с суши.

Таким образом, благодаря гидрологическому циклу и постоянной циркуляции воды в природе, осадков на Земле выпадает в 40 раз больше, чем содержится водяного пара в атмосфере.

Таблица 1. Составляющие годового водного баланса океана, суши и всей Земли

Ежегодно на Земле происходит около 45 циклов «испарение-осадки». «Время жизни» водяного пара в атмосфере составляет 8-10 суток, что намного меньше других составляющих атмосферы. К примеру, время жизни углекислого газа в атмосфере Земли 3-5 лет, а кислорода – около 3-4 тысяч лет.

Короткое время жизни водяного пара в атмосфере не мешает ему переноситься воздушными массами от места испарения до места выпадения в виде осадков на огромные расстояния. Скорость зонального переноса водяного пара (перенос по широте) составляет в среднем 220 км/сут. За один оборот вокруг Земли водяной пар сменяется в среднем 13,5 раз.

Водяной пар (вода) в атмосфере Земли играет очень важную роль:

— определяя погодные условия (в процессе гидрологического цикла);

— участвуя в энергетических процессах (На землю в виде осадков ежегодно выпадает в среднем 577 тысяч куб. км воды. На испарение такого колоссального количества воды затрачивается 25% солнечной энергии, поступающей на Землю (в количественном выражении это составляет 10²⁴ Дж/год). Это тепло при конденсации пара возвращается в атмосферу в форме «скрытого тепла конденсации».);

— являясь важнейшим фактором парникового эффекта (благодаря водяному пару в атмосфере температура у поверхности земли на 20°С выше, чем была бы при его отсутствии);

— формируя тепловой режим земной поверхности и атмосферы путем активного поглощения инфракрасного излучения (поглощая тепловое излучение Земли, водяной пар не дает ему уйти в окружающее космическое пространство и препятствует охлаждению земного шара, т.е. водяной пар в атмосфере выступает в роли теплоизолирующей оболочки планеты.)

Это была статья «Вода в атмосфере Земли и гидрологический цикл.«.

---

Статьи по теме «Атмосфера Земли»:

• Воздействие атмосферы Земли на организм человека с увеличением высоты.
• Высота и границы атмосферы Земли.
• Физические свойства атмосферы Земли.
• Образование атмосферы Земли. Первичная и вторичная атмосфера Земли.
• Состав современной атмосферы Земли. Общие данные.
• Азот в составе атмосферы Земли – содержание в атмосфере 78%.
• Кислород в составе атмосферы Земли — содержание в атмосфере 21%.
• Углекислый газ в атмосфере Земли.
• Аргон в составе атмосферы Земли — содержание в атмосфере 1%.
• Вода в атмосфере Земли. Гидрологический цикл.