title-icon
Яндекс.Метрика
» » Виды воды в надземной гидросфере

Виды воды в надземной гидросфере

Уникальность свойств воды определяет разнообразие форм ее нахождения в природе. Если взять идеальные условия (дистиллированная вода в атмосфере), то переход воды из одной фазы в другую регулируется температурой и давлением. Это хорошо видно на рис. 2.3. Если же вода содержит значительные количества растворенного вещества, газа, контактирует с вмещающими породами, то фазовое состояние воды подчиняется более сложным зависимостям.
На рис. 2.3 следует обратить внимание на линии равновесного состояния фаз: OB — между жидкой водой и паром, CO — между жидкой водой и льдом, АО — между льдом и паром. Точка О называется тройной — в ней существуют в равновесии вода, пар и лед. Точка В называется критической. При давлении и температуре выше чем 21,8 МПа и 374 °C фазы воды и пара сливаются и становятся неразличимыми.

Рассмотрим положение некоторых точек фазового равновесия воды, ориентируясь на средние значения давления и температуры для атмосферы. По И. Блютгену, тропопауза и мезопауза характеризуются температурами соответственно —55, —75 °C, а стратопауза — +15 °С. Отрицательные температуры заставляют нас оценивать положение фазовой границы лед — пар, которая описывается уравнением Уэшбурна

где р — давление пара льда при i (°С), мм рт. ст.; T = t+273,1; А = —2445,5646; B = 8,2312; С = —1677,006*10в-5; D = 120514*10в-10; Е = —6,757 169.
Получим: для t = —55 °С р = 1,93 Па (0,0145 мм рт. ст.), для t = —75 °C р = 0,12 Па (0,00089 мм рт. ст.).
Экстраполируя значения давлений по кривой вода — пар (рис. 2.4), для температуры стратопаузы получим равновесное значение P = 1,7 кПа, а для стандартной температуры 25 °C р = 3,1 кПа. Нанеся полученные результаты на рис. 2.5, мы убедимся, что в нижних слоях тропосферы преобладающими формами должны являться лед и капельно-жидкая вода. Взаимные переходы контролируются в основном температурой. Облака, дождь и снег здесь, по-видимому, по массе превосходят количество пара. Во всяком случае установленная в настоящее время средняя годовая облачность (доля всего небосвода закрытая облаками) над континентами составляет 49 %, а над океанами — 58 % (рис. 2.6). Облака же — это зоны конденсации водяного пара, возникающие, как правило, при влажности воздуха, достигающей насыщения. В зависимости от типа и количества ядер конденсации она может начаться не только при насыщении, но и раньше или позже его.

В стратосфере преобладающей фазой должен быть лед, а у границы с мезосферой в результате повышения температуры — пар. Повышение температуры в верхних слоях стратосферы (от 25 до 50 км) объясняется существованием здесь так называемого озонового пояса активно поглощающего инфракрасное (тепловое) излучение. В то же время — это зона интенсивной фотодиссоциации воды, проникающей в нее с Земли. Меньшая молекулярная масса водяного пара (18) в сравнении с молекулярной массой преобладающих газов (кислорода — 32, азота — 28) обеспечивает его интенсивный подъем вверх Образующиеся при фотодиссоциации атомы водорода либо диссипируют (удаляются за пределы поля тяготения Земли), либо образуют радикалы ОН.

Казалось бы, озонный пояс является естественной физической границей рассматриваемых фазовых состояний воды. Однако образование перламутровых облаков на высоте порядка 30 км и серебристых облаков на высоте 80—90 км говорит о том, что и за пределами озонового пояса содержание водяного пара в атмосфере, хотя и становится очень низким, все же оказывается достаточным для процесса конденсации. Как мы увидим ниже, возникновение перламутровых и серебристых облаков может быть объяснено периодическими поступлениями через разрывы тропопаузы и стратопаузы вертикальных струй влажного воздуха из тропосферы. В 60-х годах относительно перламутровых облаков к такому выводу пришли метеорологи, опираясь, в частности, на результаты ракетного зондирования атмосферы, при котором были обнаружены вертикальные струи воздуха до высоты 140 км. Кроме того, если еще недавно специалисты полагали, что серебристые облака это пыль продуктов взрыва вулкана Кракатау (1883 г.), то ракетные исследования установили, что они состоят из очень мелких метеоритных пылинок, покрытых корочкой льда. Конденсация влаги здесь связывается с адиабатическим (без потери энергии) расширением атмосферы снизу вверх, приводящим к резкому ее охлаждению. Пусть читателя не вводит в заблуждение температурная кривая, показанная на рис. 2.5. Она отражает скорость передвижения частиц в этой области атмосферы. Однако высокая разреженность газа реальную температуру (возможность нагрева тела) делает здесь очень низкой.
Таким образом, если иметь в виду только три фазы состояния воды (твердую, жидкую и газообразную), то верхнюю границу надземной гидросферы (и гидросферы в целом) можно проводить по высоте развития серебристых облаков. Далее будут показаны и другие подходы к проведению границ в гидросфере.

title-icon Подобные новости