Skąd się biorą osady i opady atmosferyczne?

Parowanie (ewaporacja) to proces przechodzenia wody (w stanie ciekłym) w parę wodną (woda w stanie gazowym). Proces ten jest związany z pochłanianiem dużej ilości ciepła. Zachodzi głównie z powierzchni wód, roślinności (transpiracja) i gleb (parowanie z gleb i roślinności to ewapotranspiracja). Natomiast przechodzenie lodu (np. z powierzchni lodowców) bezpośrednio w stan gazowy to sublimacja.

Para wodna jest jednym z gazów w powietrzu atmosferycznym. Powstaje wskutek parowania wody albo przez sublimację lodu. W atmosferze kondensuje (skrapla się) lub resublimuje. Pierwsza zmiana stanu skupienia następuje w temperaturze dodatniej, druga zaś – w ujemnej. Zachodzą one wówczas, gdy powietrze jest nasycone parą wodną. Para wodna można osiągnąć stan nasycenia, gdy nastąpi spadek temperatury powietrza przy braku zmiany ciśnienia lub gdy na skutek parowania lub napływu wilgotnych mas powietrza nastąpi wzrost prężności pary wodnej. Tworzą się wtedy chmury i mgłę, a na powierzchni ziemi jest przyczyną powstawania osadów atmosferycznych.

Kondensacja pary wodnej następuje, kiedy osiąga ona stan nasycenia. W atmosferze ziemskiej zjawisko to występuje w różnych warunkach. Najczęściej zachodzi w wyniku ochłodzenia powietrza do temperatury punktu rosypunkt rosypunktu rosy na skutek kontaktu z przedmiotami lub podłożem wychłodzonym przez wypromieniowanie ciepła. Może też występować w wyniku adiabatycznego rozprężania się powietrza podczas jego wznoszenia się lub na skutek mieszania się mas powietrza o różnej temperaturze i wilgotności.

Ochłodzenie i spadek ciśnienia atmosferycznego powodują obniżenie zdolności powietrza do zatrzymywania pary wodnej. Kiedy osiągną punkt rosy, występuje nasycenie powietrza parą wodną, po którym następuje kondensacja. W ujemnej temperaturze powietrza kondensację zastępuje resublimacja.

Rj9k45vqzw9Wz

Wykres przedstawia zależność ciśnienia pary wodnej od temperatury. W minus 15 stopniach Celsjusza ciśnienie pary wodnej wynosi 1,7 hektopaskala. W minus 10 wynosi 2,6. W minus 5 wynosi 4,2. W 0 wynosi 6,1. W 5 wynosi 8,7. W 10 wynosi 12,3. W 15 wynosi 17,1. W 20 wynosi 23,4. W 25 wynosi 31,7. W 30 wynosi 42,5. W 40 wynosi 73,3. Ponad linią obrazującą zależność para wodna zawarta w powietrzu jest nienasycona a poniżej para wodna zawarta w powietrzu jest nasycona, zachodzi proces jej kondensacji, tworzą się chmury.

Kondensacja w atmosferze ziemskiej zachodzi na tzw. jądrach kondensacjijądra kondensacjijądrach kondensacji, do których należą np. aerozole atmosferyczne będące naturalnymi lub antropogenicznymi cząstkami, do których należą drobne ziarna skalne, higroskopijne kryształki soli morskiej, cząstki kwasów, mikroorganizmy, zarodniki i pyłki roślin, pyły wulkaniczne, pyły przemysłowe i in. Aerozole atmosferyczne występują głównie w troposferze. W idealnie czystym otoczeniu para wodna nie kondensuje pomimo osiągnięcia stanu nasycenia. Kondensacji pary wodnej towarzyszy wydzielanie ciepła i wzrost temperatury powietrza lub powierzchni, na której proces ten zachodzi.

Chmury

Chmura to widoczne gołym okiem zgrupowanie kropelek wody (chmura wodna) lub kryształków lodu (chmura lodowa), ewentualnie jedynych i drugich (chmura mieszana) w atmosferze.

RUuoN1guPwVtS

Na zdjęciu znajdują się chmury typu (Cumulus humilis), kłębiaste, jakby spłaszczone, rozciągnięte na błękitnym niebie. U dołu zdjęcia widoczne jest pastwisko pokryte suchą trawą.

To skupisko mikroskopijnych cząstek stałych bądź ciekłych - kropli wody lub kryształków lodu - powstających w wyniku kondensacji zawartej w powietrzu pary wodnej przy dostatecznie dużej wilgotności względnej powietrza i obecności tzw. jąder kondensacji. Wzrost wilgotności względnej powietrza następuje wskutek jego ochładzania występującego głównie wskutek adiabatycznego rozprężania się podczas wznoszenia, a także w wyniku wypromieniowywania ciepła. Inne procesy mają w tym przypadku mniejsze znaczenie. Aerozole atmosferyczne powodują, że kondensacja może zachodzić nawet przy wilgotności względnej 70% (przy ich braku występowałaby dopiero przy wilgotności 400–800%).

Według międzynarodowej klasyfikacji chmur wyróżnia się 10 podstawowych ich rodzajów, 14 gatunków oraz 9 odmian. Ze względu na wysokość występowania chmur dzieli się ja na chmury piętra wysokiego, piętra średniego, piętra niskiego oraz o budowie pionowej.

Chmury - galeria fotografii

R1TRMZEVD6D5S

Grafika przedstawia rodzaje chmur. W górnym piętrze znajdują się Ci mające kształt piór. Cc mające kształt okrągłych punktów, Cs mające kształt rozmytej kurtyny. W średnim piętrze znajdują się Ac mające cienki wydłużony kształt oraz As mające kształt rozmytej kurtyny. W niskim piętrze znajdują się Cu mające kształt dużych kłębów, Sc mające kształt małych kłębów oraz St będące gęstymi ciemnymi chmurami. Na niskim i średnim piętrze znajduje się kurtyna Ns. Przez wszystkie piętra rozciąga się Cb w kształcie kowadła.

R1NUR86LAJL7X

Grafika przedstawia rodzaje chmur. W górnym piętrze znajdują się Ci mające kształt piór. Cc mające kształt okrągłych punktów, Cs mające kształt rozmytej kurtyny. W średnim piętrze znajdują się Ac mające cienki wydłużony kształt oraz As mające kształt rozmytej kurtyny. W niskim piętrze znajdują się Cu mające kształt dużych kłębów, Sc mające kształt małych kłębów oraz St będące gęstymi ciemnymi chmurami. Na niskim i średnim piętrze znajduje się kurtyna Ns. Przez wszystkie piętra rozciąga się Cb w kształcie kowadła.

R1Mg0UrQPsTSJ

Zdjęcie przedstawia chmury. Są cienkie, mają pierzasty kształt rozciągnięty na całym niebie.

R1M4GlzVkCmD9

Zdjęcie przedstawia chmury. Mają małe kłębiaste formy rozciągnięte w szeregu po całym niebie.

RD8JSVZ6TT7CV

Zdjęcie przedstawia zjawisko halo. Pierścień otacza Słońce schowane za cienkimi, rozproszonymi chmurami.

R1OKc7x1XNmkr

Zdjęcie przedstawia chmury. Są białe, przybierają postać kłębów. Pomiędzy nimi jest niebo.

R1b8DQ0DuRu8t

Zdjęcie przedstawia chmury. Zasłaniają Słońce i stanowią grubą, ciemną warstwę.

RwYfVrjCmgeOx

Zdjęcie przedstawia chmury. Przypominają mgłę. Znajdują się nad przymarzniętym gruntem.

RCC2RWhkf5MyO

Zdjęcie przedstawia chmury. Stanowią ciężką, ciemną, grubą warstwę na niebie.

RF9lUBaBEuCB2

Zdjęcie przedstawia chmury. Są ułożone w wał. Znajdują się nad polem uprawnym.

R18xe8ULFvvKY

Zdjęcie przedstawia chmury. Są rozrzucone po niebie. Posiadają wyraźne kształty o białej barwie.

R14ckJXBgLZEI

Zdjęcie przedstawia chmury. Mają kształt kowadła rozciągającego się w górę. Znajdują się nad miastem.

Osady atmosferyczne

Osady atmosferyczne to produkty kondensacji pary wodnej osiadające na roślinach i przedmiotach oraz produkty krzepnięcia deszczu na wychłodzonej powierzchni.

Główne przyczyny powstawania osadów atmosferycznych:

• nocne ochłodzenie powietrza spowodowane radiacją,

• zetknięcie się mas powietrza o różnych właściwościach (ciepłego i wilgotnego z chłodnym i bardziej suchym).

Mgły

Mgła to zawiesina kropelek wody, która zmniejsza widoczność poniżej 1 km. Jej podstawa styka się z podłożem. Natomiast zamglenie to zawiesina kropelek wody, która zmniejsza widoczność powyżej 1 km. Występuje ono zwykle w początkowych i końcowych stadiach rozwoju mgły.

RxT0mmuMPGKvt

Zdjęcie przedstawia warstwę delikatnej mgły unoszącej się nad polami. Na polu znajduje się zielona trawa, gdzieniegdzie leżą baloty słomy. W dali widać kilka wysokich drzew, a na linii horyzontu las. Na niebie widoczne są barwy zachodu słońca - czerwień i niebieski.

Opady atmosferyczne

Powstawanie opadów atmosferycznych czyli spadającej wody w stanie ciekłym lub stałym z chmur i dochodzącej do powierzchni ziemi, zależy od procesów zachodzących w chmurze. Procesy te podlegają oddziaływaniu podłoża, nad którym się rozwijają.

Mechanizm powstawania opadów atmosferycznych:

• pod wpływem promieniowania słonecznego powierzchnia ziemi paruje, a powietrze staje się coraz bardziej bogate w parę wodną,

• pod wpływem dostarczonego ciepła powietrze rozpręża się, unosi, następnie wraz z wysokością ochładza się, nasyca parą wodną i osiąga temperaturę punktu rosy,

• para wodna ulega kondensacji (lub resublimacji),

• powstają chmury złożone z małych, bardzo lekkich kropel wody i lodu osadzonych na jądrach kondensacji,

• w chmurach wodnych krople zderzają się i pochłaniają mniejsze, a kiedy są już zbyt ciężkie, pokonują opór powietrza i opadają w postaci deszczu; w chmurach mieszanych krople wody zwiększają swoją objętość poprzez krzepnięcie, a także przez łączenie się kropel i lodu, a następnie zaczynają opadać pod wpływem ciężaru w postaci deszczu lub – gdy temperatura powietrza poniżej chmur jest ujemna – w postaci śniegu, natomiast gdy chmury są bardziej rozbudowane w pionie – w postaci krupy śnieżnej czy nawet gradu.

Opady możemy podzielić na konwekcyjne, cyklonalne i orograficzne.

Rodzaje opadów - opisy do rozwinięcia

R9hkjk6eyZ8Oa

Grafiki przedstawiają typy opadów atmosferycznych. Pierwsza przedstawia opady konwekcyjne. Strzałki są umieszczone od dołu i schodzą się na górze. Z chmur pada deszcze oraz występują wyładowania atmosferyczne. Druga przedstawia opady frontalne. Strzałki wsuwają się pod górę w przerwie pomiędzy chmurami a opadami. Trzecia przedstawia opady orograficzne. Strzałka wspina się po zboczu góry, gdzie występują opady. Następnie opada po drugiej stronie.

Opady stanowią element obiegu wody w przyrodzie i mogą przybierać różne formy.

Roczna suma opadów atmosferycznych to zsumowanie miesięcznych sum opadów atmosferycznych w danym roku, czyli ilość opadów, jaka spadła na danym obszarze w ciągu roku. Średnia roczna suma opadów na świecie wynosi około 850 mm.

Czynniki wpływające na ilość opadów atmosferyczne

Ilość opadów jest zróżnicowana w czasie i przestrzeni. Rozkład opadów na kuli ziemskiej jest związany z szerokością geograficzną, odległością od oceanów i mórz, występowaniem prądów morskich, rzeźbą terenu i wysokością nad poziomem morza.

Czynniki wpływające na opady atmosferyczne - mapa myśli

Na warunki powstawania opadów wpływa obecność układów niskiego i wysokiego ciśnienia.

• Niże w strefie równikowej i umiarkowanej sprzyjają rozwojowi chmur i opadów.

• Wyże strefy podzwrotnikowej i podbiegunowej są obszarami o małym zachmurzeniu i skąpych opadach.

W miarę oddalania się od mórz i oceanów, które są źródłami pary wodnej, opady maleją. Ważną rolę odgrywa jednak kierunek cyrkulacji powietrza. Jeżeli ma ona kierunek od oceanu w stronę lądu, to opady mogą występować na obszarach położonych daleko w głębi lądu. Jeżeli zaś ma kierunek przeciwny – to nawet w strefie wybrzeża będą bardzo skąpe. Na obszarach nadbrzeżnych na ilość opadów mają wpływ także prądy morskie. Na obszarach położonych w bliskiej odległości od prądu ciepłego notuje się wzrost opadów. Odwrotny wpływ ma prąd chłodny – powoduje on osuszanie terenu i stabilność atmosfery.

R1NMxLsrUx6eK

Mapa świata przedstawia rozkład rocznej sumy opadów. Wartości powyżej 3000 mm występują w Indonezji i w północno zachodniej części Ameryki Południowej. Wartości od 2000 do 3000 mm występują w Azji Południowo Wschodniej oraz w północno zachodniej Ameryce Południowej. Wartości od 1000 do 2000 mm występują we wschodniej Ameryce Południowej, wschodniej Ameryce Północnej, północnej Europie, środkowo zachodniej Afryce, wschodniej Azji. Wartości od 500 do 1000 mm występują w zachodniej Ameryce Południowej, wschodniej Ameryce Północnej, w Europie w tym w Polsce, w południowo wschodniej Afryce, we wschodniej Azji i wschodniej Australii. Wartości od 250 do 500 mm występują w środkowej Ameryce Północnej, w zachodniej Antarktydzie, w środkowej Azji i środkowej Australii. Wartości od 100 do 250 mm występują na Grenlandii, w północnej Azji i północnej Ameryce Północnej. Wartości poniżej 100 mm występują na Antarktydzie, w północnej Grenlandii, w północnej Afryce.

Opady atmosferyczne zazwyczaj wzrastają wraz z wysokością nad poziomem morza. W górach na ilość opadów wpływa nie tylko wysokość nad poziomem morza, lecz także ekspozycja stoków. Na stokach dowietrznych, na których zachodzi wymuszone wznoszenie powietrza, następuje jego adiabatyczne ochładzanie. Jeżeli jest ono dostatecznie wilgotne, może stworzyć chmury będące źródłem opadów. Po drugiej stronie bariery orograficznej spływa jako ciepły, suchy i porywisty wiatr. Obszary w zasięgu takiego powietrza otrzymują małe ilości opadów – to zjawisko cienia opadowego. Na rozmieszczenie opadów atmosferycznych ma wpływ również globalna cyrkulacja atmosferyczna. Bardzo wysokie sumy opadów notuje się w strefie równikowej, gdzie występują deszcze zenitalne, a także w Azji Południowo‑Wschodniej podczas cyrkulacji monsunowej.

Burze

Burzą określamy zespół zjawisk atmosferycznych rozwijających się dzięki silnej konwekcji we wnętrzu chmury burzowej (Cumulonimbus), której towarzyszą silne porywiste wiatry, intensywne opady deszczu i wreszcie to, co stanowi jej kwintesencję – wyładowania elektryczne.

Ziemska atmosfera ma zdolność przewodzenia prądu. Dzieje się tak na skutek ruchu ładunku między powierzchnią Ziemi, atmosferą i jonosferą, który jest znany jako globalny obwód elektryczny atmosfery. Zjawiska elektryczne w atmosferze są bezpośrednio związane z jonizacją powietrza, tj. obecnością jonów – atomów (lub grup atomów) obdarzonych ładunkiem elektrycznym (naładowanych dodatnio lub ujemnie). Ilość jonów, a zatem i przewodność elektryczna atmosfery, zmienia się wraz z wysokością n.p.m.

Jonizacja atmosfery powoduje ruch elektrycznie naładowanych cząsteczek (przewodzenie prądu między jonosferą a powierzchnią Ziemi, która przyjmuje część ładunków elektrycznych). Spowodowane w ten sposób straty uzupełniane są przez chmury burzowe.

R1agXBYH2wpAJ

Ilustracja przedstawia obieg ładunków elektrycznych między powierzchnią Ziemi a Jonosferą. Dolną część obrazka zajmuje fragment kuli ziemskiej, schematycznie przedstawiony w niebiesko‑zielonym kolorze, gdzie granica planety rozciąga się łukiem od lewego do prawego rogu. Następnie, ponad Ziemią, zaznaczony jest pas atmosfery. Jego powierzchnia stanowi większość ilustracji, ma kolor biały i przybiera kształt wycinku okręgu otaczającego planetę. Ponad tym pasem, na pozostałej powierzchni ilustracji, błękitnym kolorem oznaczono Jonosferę. Jony dodatnie oznaczono na zielono symbolem plusa w małym kółku, a ujemne symbolem minusa w kółku niebieskim. Kierunek ich poruszania się zaznaczono strzałką, może być skierowana w dół lub w górę. Napięcie elektryczne między powierzchnią Ziemi a Jonosferą wynosi trzysta tysięcy woltów, opisywane zjawiska występują w strefie mającej od pięćdziesięciu do osiemdziesięciu kilometrów wysokości. Wartości te zaprezentowano na dwóch pionowych strzałkach w białym pasie atmosfery. Na środku białego pasa atmosfery, nad powierzchnią planety, umieszczono chmurę burzową. Po jej lewej stronie widoczne są wyładowania i opady, po prawej powyższe zjawiska nie występują. Wybrano taki sposób przedstawienia chmury, ponieważ ilustracja przedstawia dwie sytuacje – obieg ładunków w trakcie wyładowań atmosferycznych i w trakcie tworzenia się chmury burzowej. W obu przypadkach powierzchnia Ziemi naładowana jest ujemnie, a górne warstwy atmosfery dodatnio. Dolna część chmury burzowej kumuluje cząsteczki naładowane ujemnie (które następnie oddaje w dolnych partiach atmosfery), górna zawiera cząstki o dodatnim ładunku (wznoszące się następnie w kierunku Jonosfery). W trakcie powstawania, chmura burzowa pochłania dodatnio naładowane ładunki znajdujące się nad powierzchnią Ziemi, a w trakcie burzy, na skutek wyładowań atmosferycznych, cząsteczki te są oddawane.

Chmura burzowa Cumulonimbus jest specyficznym rodzajem chmury, gdyż nie jest zaliczana do żadnego piętra (chmur niskich, średnich, wysokich). Swój początek bierze w piętrze niskim, a następnie dzięki silnej konwekcji wkracza w obszar piętra średniego i wysokiego. Dlaczego jednak podczas wielu gorących, letnich dni, tylko czasami warunki sprzyjają powstawaniu burzy?

Jak pamiętasz, unoszenie się ciepłych mas powietrza nosi nazwę konwekcji. W ciepły, letni dzień, powietrze silnie nagrzewa się od gorącego podłoża. Drobiny gazów poruszają się szybciej, zwiększają objętość tej samej masy powietrza, przez co zmienia się jej gęstość – powietrze staje się lżejsze i unosi się w postaci bąbli ciepłego powietrza.

RLZS0RgIn5Jt8

Na ilustracji na osi pionowej zaznaczono podziałką wysokość w metrach. Na wykresie pokazano etapy konwekcji termicznej. Najpierw nieduża kolumna powietrza o podstawie 400 merów i wysokości 200 metrów. Wewnątrz kolumny zaznaczono niebieskie strzałki wznoszące się. Po boku kolumny od prawej strony czarna strzałka prowadzi w górę, a po lewej ścianie w dół. W drugiej fazie kolumna ma szerokość podstawy mniejszą niż poprzednio, ale wysokość dwukrotnie większą, czyli 400 metrów. Kolumna kształtem przypomina teraz polip, w większą główką i węższym pniem. Wewnątrz kolumny niebieskie strzałki skierowane są w górę. czarne strzałki po bokach kolumny prowadzą w dół. W kolejnej fazie dochodzi do oddzielenia góry kolumny od części dolnej, która wznosi się na wysokości 400 - 600 metrów. Wewnątrz tego obszaru niebieskie strzałki prowadzą ku górze, ale niektóre skręcają na boki. Czarne strzałki po bokach tego pola opadają w dół. Dolna część kolumny pozostała przy powierzchni.

Chmury burzowe - galeria fotografii

Wyładowaniami atmosferycznymi nazywamy krótkotrwałe wyładowania elektryczne zachodzące w atmosferze, w których jest zgromadzony dostatecznie duży przestrzenny ładunek elektryczny, wytwarzający silne pole elektryczne umożliwiające przebicie elektryczne ośrodka; całkowita długość kanału wyładowania atmosferycznego wynosi co najmniej kilka km. Głównym i najsilniejszym źródłem wyładowań atmosferycznych są chmury burzowe  Cumulonimbus. W większości chmur burzowych główny ujemny ładunek elektryczny jest zlokalizowany w podstawie chmury, a ładunek dodatni w jej wierzchołku (burza).

R1bE7hR7hGXcm

Na zdjęciu znajduje się błyskawica. Widoczna jest jedna, główna linia, druga cieńsza, odchodząca od niej mniej więcej w połowie jej długości, a także mnóstwo mniejszych, cienkich, rozgałęziających się coraz bardziej na bokach. Błyskawica ma kolor biały, a niebo od różowego na szczycie błyskawicy, przez fioletowy, aż po granatowy.