stringtranslate.com

Водяной пар

Водяной пар , водяной пар или водяной пар — это газообразная фаза воды . Это одно из состояний воды в гидросфере . Водяной пар может быть получен при испарении или кипении жидкой воды или при сублимации льда . Водяной пар прозрачен, как и большинство компонентов атмосферы. [1] В типичных атмосферных условиях водяной пар непрерывно образуется при испарении и удаляется при конденсации . Он менее плотный , чем большинство других компонентов воздуха , и вызывает конвекционные потоки, которые могут привести к образованию облаков и тумана.

Будучи компонентом гидросферы и гидрологического цикла Земли, он особенно распространен в атмосфере Земли , где он действует как парниковый газ и обратная связь потепления, внося больший вклад в общий парниковый эффект, чем неконденсирующиеся газы, такие как углекислый газ и метан . Использование водяного пара, как пара , было важно для приготовления пищи, а также в качестве основного компонента в производстве энергии и транспортных системах со времен промышленной революции .

Водяной пар является относительно распространенным атмосферным компонентом, присутствующим даже в солнечной атмосфере , а также на каждой планете Солнечной системы и многих астрономических объектах, включая естественные спутники , кометы и даже крупные астероиды . Аналогично обнаружение внесолнечного водяного пара будет указывать на аналогичное распределение в других планетных системах. Водяной пар также может быть косвенным доказательством, подтверждающим присутствие внеземной жидкой воды в случае некоторых объектов планетарной массы.

Водяной пар, реагирующий на изменения температуры, называется «обратной связью», поскольку он усиливает действие сил, которые изначально вызывают потепление. Таким образом, это парниковый газ. [2]

Характеристики

Испарение

Всякий раз, когда молекула воды покидает поверхность и диффундирует в окружающий газ, говорят, что она испарилась . Каждая отдельная молекула воды, которая переходит из более связанного (жидкость) в менее связанное (пар/газ) состояние, делает это посредством поглощения или высвобождения кинетической энергии . Совокупное измерение этого переноса кинетической энергии определяется как тепловая энергия и происходит только тогда, когда есть разница в температуре молекул воды. Жидкая вода, которая становится водяным паром, забирает с собой часть тепла в процессе, называемом испарительным охлаждением . [3] Количество водяного пара в воздухе определяет, как часто молекулы будут возвращаться на поверхность. Когда происходит чистое испарение, масса воды будет подвергаться чистому охлаждению, напрямую связанному с потерей воды.

В США Национальная метеорологическая служба измеряет фактическую скорость испарения со стандартизированной «сковороды» открытой водной поверхности на открытом воздухе в различных местах по всей стране. Другие делают то же самое по всему миру. Данные по США собираются и объединяются в ежегодную карту испарения. [4] Измерения варьируются от менее 30 до более 120 дюймов в год. Для расчета скорости испарения с водной поверхности, такой как бассейн, можно использовать формулы. [5] [6] В некоторых странах скорость испарения намного превышает скорость осадков .

Испарительное охлаждение ограничивается атмосферными условиями . Влажность — это количество водяного пара в воздухе. Содержание пара в воздухе измеряется с помощью приборов, известных как гигрометры . Измерения обычно выражаются как удельная влажность или процент относительной влажности . Температура атмосферы и поверхности воды определяет равновесное давление пара; 100% относительная влажность достигается, когда парциальное давление водяного пара равно равновесному давлению пара. Это состояние часто называют полным насыщением. Влажность колеблется от 0 граммов на кубический метр в сухом воздухе до 30 граммов на кубический метр (0,03 унции на кубический фут), когда пар насыщается при 30 °C. [7]

Сублимация

Сублимация — это процесс, при котором молекулы воды непосредственно покидают поверхность льда, не становясь сначала жидкой водой. Сублимация объясняет медленное исчезновение льда и снега в середине зимы при температурах, слишком низких, чтобы вызвать таяние. Антарктида демонстрирует этот эффект в уникальной степени, поскольку это континент с самым низким уровнем осадков на Земле. [8] В результате существуют большие области, где тысячелетние слои снега сублимировались, оставляя после себя любые нелетучие материалы, которые они содержали. Это чрезвычайно ценно для определенных научных дисциплин, ярким примером является коллекция метеоритов , которые остаются открытыми в беспрецедентном количестве и в отличном состоянии сохранности.

Сублимация важна при подготовке определенных классов биологических образцов для сканирующей электронной микроскопии . Обычно образцы готовятся путем криофиксации и замораживания-разрушения , после чего сломанная поверхность подвергается замораживанию-травлению, подвергаясь эрозии под воздействием вакуума до тех пор, пока не покажет требуемый уровень детализации. Эта техника может отображать молекулы белка, структуры органелл и липидные бислои с очень низкой степенью искажения.

Конденсация

Облака, образованные конденсированным водяным паром.

Водяной пар будет конденсироваться на другой поверхности только тогда, когда эта поверхность холоднее температуры точки росы или когда равновесие водяного пара в воздухе было превышено. Когда водяной пар конденсируется на поверхности, на этой поверхности происходит чистое потепление. [9] Молекула воды приносит с собой тепловую энергию. В свою очередь, температура атмосферы немного падает. [10] В атмосфере конденсация производит облака, туман и осадки (обычно только при содействии ядер конденсации облаков ). Точка росы воздушного пакета — это температура, до которой он должен остыть, прежде чем водяной пар в воздухе начнет конденсироваться. Конденсация в атмосфере образует облачные капли.

Кроме того, чистая конденсация водяного пара происходит на поверхностях, когда температура поверхности равна или ниже температуры точки росы атмосферы. Отложение — это фазовый переход, отдельный от конденсации, который приводит к прямому образованию льда из водяного пара. Иней и снег являются примерами отложения.

Существует несколько механизмов охлаждения, при которых происходит конденсация: 1) Прямая потеря тепла за счет теплопроводности или излучения. 2) Охлаждение из-за падения давления воздуха, которое происходит при подъеме воздуха, также известное как адиабатическое охлаждение . Воздух может подниматься горами, которые отклоняют воздух вверх, конвекцией, а также холодными и теплыми фронтами. 3) Адвективное охлаждение — охлаждение из-за горизонтального движения воздуха.

Значение и применение

Химические реакции

В ряде химических реакций в качестве продукта образуется вода. Если реакции происходят при температуре выше точки росы окружающего воздуха, вода будет образовываться в виде пара и увеличивать локальную влажность, если ниже точки росы, будет происходить локальная конденсация. Типичные реакции, приводящие к образованию воды, — это горение водорода или углеводородов в воздухе или других кислородсодержащих газовых смесях, или в результате реакций с окислителями.

Аналогичным образом в присутствии водяного пара могут происходить и другие химические или физические реакции, приводящие к образованию новых химических веществ, таких как ржавчина на железе или стали, полимеризация (некоторые полиуретановые пены и цианоакрилатные клеи отверждаются под воздействием атмосферной влажности) или изменение форм, например, когда безводные химические вещества могут поглощать достаточное количество паров для формирования кристаллической структуры или изменения существующей, что иногда приводит к характерным изменениям цвета, которые можно использовать для измерения .

Измерение

Измерение количества водяного пара в среде может быть выполнено напрямую или дистанционно с различной степенью точности. Дистанционные методы, такие как электромагнитное поглощение, возможны со спутников над планетарными атмосферами. Прямые методы могут использовать электронные преобразователи, увлажненные термометры или гигроскопичные материалы, измеряющие изменения физических свойств или размеров.

Влияние на плотность воздуха

Водяной пар легче или менее плотный, чем сухой воздух . [11] [12] При эквивалентных температурах он плавучий по отношению к сухому воздуху, при этом плотность сухого воздуха при стандартной температуре и давлении (273,15 К, 101,325 кПа) составляет 1,27 г/л, а водяной пар при стандартной температуре имеет давление пара 0,6 кПа и гораздо меньшую плотность 0,0048 г/л.

Расчеты

Расчет плотности водяного пара и сухого воздуха при 0 °C:

При равных температурах

При той же температуре столб сухого воздуха будет плотнее или тяжелее столба воздуха, содержащего любой водяной пар, причем молярная масса двухатомного азота и двухатомного кислорода больше молярной массы воды. Таким образом, любой объем сухого воздуха опустится, если его поместить в больший объем влажного воздуха. Кроме того, объем влажного воздуха поднимется или будет плавучим, если его поместить в большую область сухого воздуха. По мере повышения температуры доля водяного пара в воздухе увеличивается, и его плавучесть увеличится. Увеличение плавучести может оказать значительное воздействие на атмосферу, вызывая мощные, богатые влагой восходящие потоки воздуха, когда температура воздуха и температура моря достигают 25 °C или выше. Это явление обеспечивает значительную движущую силу для циклонических и антициклонических погодных систем (тайфунов и ураганов).

Дыхание и дыхание

Водяной пар является побочным продуктом дыхания растений и животных. Его вклад в давление увеличивается с ростом его концентрации. Его парциальный вклад в давление воздуха увеличивается, снижая парциальный вклад других атмосферных газов (закон Дальтона) . Общее давление воздуха должно оставаться постоянным. Присутствие водяного пара в воздухе естественным образом разбавляет или вытесняет другие компоненты воздуха по мере увеличения его концентрации.

Это может повлиять на дыхание. В очень теплом воздухе (35 °C) доля водяного пара достаточно велика, чтобы вызвать духоту, которую можно почувствовать во влажных условиях джунглей или в плохо проветриваемых зданиях.

Подъемный газ

Водяной пар имеет меньшую плотность, чем воздух , и поэтому плавучий в воздухе, но имеет меньшее давление пара, чем воздух. Когда водяной пар используется в качестве подъемного газа тепловым дирижаблем, водяной пар нагревается, образуя пар, так что его давление пара больше, чем давление окружающего воздуха, чтобы поддерживать форму теоретического «парового шара», что дает приблизительно 60% подъемной силы гелия и вдвое больше, чем у горячего воздуха. [13]

Общее обсуждение

Количество водяного пара в атмосфере ограничено ограничениями парциального давления и температуры. Температура точки росы и относительная влажность действуют как руководящие принципы для процесса водяного пара в круговороте воды . Ввод энергии, такой как солнечный свет, может вызвать большее испарение на поверхности океана или большую сублимацию на куске льда на вершине горы. Баланс между конденсацией и испарением дает величину, называемую парциальным давлением пара .

Максимальное парциальное давление ( давление насыщения ) водяного пара в воздухе зависит от температуры смеси воздуха и водяного пара. Для этой величины существует множество эмпирических формул; наиболее используемой справочной формулой является уравнение Гоффа-Гратча для SVP над жидкой водой при температуре ниже нуля градусов по Цельсию:

где T , температура влажного воздуха, выражена в градусах Кельвина , а p выражена в миллибарах ( гектопаскалях ) .

Формула действительна от −50 до 102 °C; однако существует очень ограниченное количество измерений давления паров воды над переохлажденной жидкой водой. Существует ряд других формул, которые можно использовать. [14]

При определенных условиях, например, при достижении температуры кипения воды, чистое испарение всегда будет происходить при стандартных атмосферных условиях независимо от процента относительной влажности. Этот немедленный процесс рассеет огромные объемы водяного пара в более прохладную атмосферу.

Выдыхаемый воздух почти полностью находится в равновесии с водяным паром при температуре тела. В холодном воздухе выдыхаемый пар быстро конденсируется, проявляясь в виде тумана или дымки из капель воды, а также в виде конденсата или инея на поверхностях. Принудительная конденсация этих капель воды из выдыхаемого воздуха является основой конденсата выдыхаемого воздуха , развивающегося медицинского диагностического теста.

Управление водяным паром в воздухе является ключевой проблемой в отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Тепловой комфорт зависит от состояния влажного воздуха. Ситуации, не связанные с комфортом человека, называются охлаждением и также подвержены влиянию водяного пара. Например, многие продовольственные магазины, такие как супермаркеты, используют открытые холодильные шкафы или продуктовые витрины , которые могут значительно снизить давление водяного пара (снижая влажность). Такая практика обеспечивает как ряд преимуществ, так и ряд проблем.

В атмосфере Земли

Доказательства увеличения количества стратосферного водяного пара с течением времени в Боулдере, штат Колорадо.

Газообразная вода представляет собой небольшую, но экологически значимую составляющую атмосферы . Процент водяного пара в приземном воздухе варьируется от 0,01% при -42 °C (-44 °F) [15] до 4,24%, когда точка росы составляет 30 °C (86 °F). [16] Более 99% атмосферной воды находится в форме пара, а не жидкой воды или льда, [17] и приблизительно 99,13% водяного пара содержится в тропосфере . Конденсация водяного пара в жидкую или ледяную фазу ответственна за облака , дождь, снег и другие осадки , все из которых относятся к наиболее значимым элементам того, что мы воспринимаем как погоду. Менее очевидно, что скрытая теплота испарения , которая выделяется в атмосферу всякий раз, когда происходит конденсация, является одним из важнейших членов в энергетическом балансе атмосферы как в локальном, так и в глобальном масштабе. Например, выделение скрытого тепла при атмосферной конвекции напрямую ответственно за питание разрушительных штормов, таких как тропические циклоны и сильные грозы . Водяной пар является важным парниковым газом [18] [19] из-за наличия гидроксильной связи, которая сильно поглощает в инфракрасном диапазоне .

Водяной пар является «рабочим телом» атмосферного термодинамического двигателя, который преобразует тепловую энергию солнечного излучения в механическую энергию в форме ветра. Преобразование тепловой энергии в механическую энергию требует верхнего и нижнего температурного уровня, а также рабочего тела, которое курсирует между ними. Верхний температурный уровень задается почвой или водной поверхностью Земли, которая поглощает поступающее солнечное излучение и нагревается, испаряя воду. Влажный и теплый воздух у земли легче своего окружения и поднимается до верхней границы тропосферы. Там молекулы воды излучают свою тепловую энергию в космическое пространство, охлаждая окружающий воздух. Верхняя атмосфера представляет собой нижний температурный уровень атмосферного термодинамического двигателя. Водяной пар в теперь холодном воздухе конденсируется и падает на землю в виде дождя или снега. Теперь более тяжелый холодный и сухой воздух также опускается на землю; атмосферный термодинамический двигатель, таким образом, устанавливает вертикальную конвекцию, которая переносит тепло от земли в верхние слои атмосферы, где молекулы воды могут излучать его в космическое пространство. Из-за вращения Земли и возникающих сил Кориолиса эта вертикальная атмосферная конвекция также преобразуется в горизонтальную конвекцию в форме циклонов и антициклонов, которые переносят воду, испаряющуюся над океанами, во внутренние части континентов, позволяя растительности расти. [20]

Вода в атмосфере Земли не просто находится ниже точки кипения (100 °C), но на высоте она опускается ниже точки замерзания (0 °C) из-за сильного полярного притяжения воды . В сочетании с ее количеством водяной пар имеет соответствующую точку росы и точку замерзания , в отличие, например, от углекислого газа и метана. Таким образом, водяной пар имеет высоту шкалы, составляющую часть высоты шкалы основной массы атмосферы, [21] [22] [ 23], поскольку вода конденсируется и выходит , в основном в тропосфере , самом нижнем слое атмосферы. [24] Углекислый газ ( CO2 ) и метан , будучи хорошо перемешанными в атмосфере, имеют тенденцию подниматься выше водяного пара. Поглощение и испускание обоих соединений способствуют выбросам Земли в космос и, таким образом, планетарному парниковому эффекту . [22] [25] [26] Это парниковое воздействие можно наблюдать напрямую, через отчетливые спектральные характеристики по сравнению с водяным паром, и, как наблюдается, оно растет с ростом уровня CO2 . [27] И наоборот, добавление водяного пара на больших высотах имеет непропорциональное воздействие, поэтому реактивное движение [28] [29] [30] имеет непропорционально высокий эффект потепления. Окисление метана также является основным источником водяного пара в стратосфере, [31] и добавляет около 15% к глобальному потеплению от метана. [32]

При отсутствии других парниковых газов водяной пар Земли конденсировался бы на поверхности; [33] [34] [35] это , вероятно, произошло , возможно, не раз. Таким образом, ученые различают неконденсирующиеся (движущие) и конденсирующиеся (движущиеся) парниковые газы, т. е. вышеупомянутую обратную связь водяного пара. [36] [19] [18]

Туман и облака образуются путем конденсации вокруг ядер конденсации облаков . При отсутствии ядер конденсация будет происходить только при гораздо более низких температурах. При постоянной конденсации или осаждении образуются облачные капли или снежинки, которые выпадают в осадок , когда достигают критической массы.

Концентрация водяного пара в атмосфере сильно варьируется в зависимости от местоположения и времени, от 10 ppmv в самом холодном воздухе до 5% (50 000 ppmv) во влажном тропическом воздухе [37] и может быть измерена с помощью комбинации наземных наблюдений, метеозондов и спутников. [38] Содержание воды в атмосфере в целом постоянно истощается осадками. В то же время оно постоянно пополняется испарением, в основном из океанов, озер, рек и влажной земли. Другие источники атмосферной воды включают горение, дыхание, извержения вулканов, транспирацию растений и различные другие биологические и геологические процессы. В любой момент времени в атмосфере находится около 1,29 x 10 16 литров (3,4 x 10 15 галлонов) воды. Атмосфера содержит 1 часть на 2500 пресной воды и 1 часть на 100 000 от общего количества воды на Земле. [39] Среднее глобальное содержание водяного пара в атмосфере примерно достаточно, чтобы покрыть поверхность планеты слоем жидкой воды глубиной около 25 мм. [40] [41] [42] Среднегодовое количество осадков на планете составляет около 1 метра, сравнение, которое подразумевает быстрый оборот воды в воздухе – в среднем время пребывания молекулы воды в тропосфере составляет около 9-10 дней. [42]

Некоторые эффекты глобального потепления могут либо усиливать ( положительные обратные связи, такие как увеличение концентрации водяного пара), либо подавлять ( отрицательные обратные связи ) потепление. [43] [44]

Глобальное среднее содержание водяного пара составляет около 0,25% от массы атмосферы и также меняется в зависимости от сезона, с точки зрения вклада в атмосферное давление от 2,62 гПа в июле до 2,33 гПа в декабре. [45] В AR6 МГЭИК выражается средняя уверенность в увеличении общего содержания водяного пара примерно на 1-2% за десятилетие; [46] ожидается, что оно увеличится примерно на 7% на каждый °C потепления. [40]

Эпизоды поверхностной геотермальной активности, такие как вулканические извержения и гейзеры, выбрасывают в атмосферу различные количества водяного пара. Такие извержения могут быть большими по человеческим меркам, а крупные взрывные извержения могут выбрасывать исключительно большие массы воды исключительно высоко в атмосферу, но как процент от общего количества атмосферной воды роль таких процессов незначительна. Относительные концентрации различных газов, выбрасываемых вулканами, значительно различаются в зависимости от места и в зависимости от конкретного события в любом месте. Однако водяной пар неизменно является самым распространенным вулканическим газом ; как правило, он составляет более 60% от общего объема выбросов во время субаэрального извержения . [47]

Содержание водяного пара в атмосфере выражается с помощью различных мер. К ним относятся давление пара, удельная влажность , соотношение компонентов смеси, температура точки росы и относительная влажность .

Радиолокационные и спутниковые изображения

На этих картах показано среднее количество водяного пара в столбе атмосферы за определенный месяц. ( нажмите для получения более подробной информации )
MODIS / Terra глобальное среднее содержание водяного пара в атмосфере в атм-см (сантиметры воды в атмосферном столбе, если она конденсируется)

Поскольку молекулы воды поглощают микроволны и другие частоты радиоволн , вода в атмосфере ослабляет сигналы радаров . [48] Кроме того, атмосферная вода будет отражать и преломлять сигналы в той степени, которая зависит от того, является ли она паром, жидкостью или твердым телом.

Как правило, радиолокационные сигналы постепенно теряют силу по мере того, как они проходят через тропосферу. Разные частоты затухают с разной скоростью, так что некоторые компоненты воздуха непрозрачны для одних частот и прозрачны для других. Радиоволны, используемые для вещания и других коммуникаций, испытывают тот же эффект.

Водяной пар отражает радар в меньшей степени, чем две другие фазы воды. В форме капель и кристаллов льда вода действует как призма, чего она не делает как отдельная молекула ; однако существование водяного пара в атмосфере заставляет атмосферу действовать как гигантская призма. [49]

Сравнение спутниковых снимков GOES-12 показывает распределение атмосферного водяного пара относительно океанов, облаков и континентов Земли. Пар окружает планету, но распределен неравномерно. Изображение справа показывает среднемесячное содержание водяного пара, единицы измерения указаны в сантиметрах, что является осаждаемой водой или эквивалентным количеством воды, которое могло бы быть произведено, если бы весь водяной пар в столбе конденсировался. Наименьшие количества водяного пара (0 сантиметров) показаны желтым цветом, а наибольшие (6 сантиметров) — темно-синим. Области с отсутствующими данными показаны оттенками серого. Карты основаны на данных, собранных датчиком спектрорадиометра умеренного разрешения (MODIS) на спутнике Aqua НАСА. Наиболее заметной закономерностью во временном ряду является влияние сезонных изменений температуры и входящего солнечного света на водяной пар. В тропиках полоса чрезвычайно влажного воздуха колеблется к северу и югу от экватора по мере смены сезонов. Эта полоса влажности является частью зоны внутритропической конвергенции , где восточные пассаты из каждого полушария сходятся и производят почти ежедневные грозы и облака. Дальше от экватора концентрации водяного пара высоки в полушарии, где лето, и низки в полушарии, где зима. Другая закономерность, которая проявляется во временном ряду, заключается в том, что количество водяного пара над сушей уменьшается больше в зимние месяцы, чем над прилегающими океаническими районами. Это в значительной степени связано с тем, что температура воздуха над сушей падает больше зимой, чем температура над океаном. Водяной пар конденсируется быстрее в более холодном воздухе. [50]

Поскольку водяной пар поглощает свет в видимом спектральном диапазоне, его поглощение может быть использовано в спектроскопических приложениях (таких как DOAS ) для определения количества водяного пара в атмосфере. Это делается оперативно, например, с помощью спектрометров Глобального эксперимента по мониторингу озонового слоя (GOME) на ERS (GOME) и MetOp (GOME-2). [51] Более слабые линии поглощения водяного пара в синем спектральном диапазоне и далее в УФ-диапазоне до его предела диссоциации около 243 нм в основном основаны на квантово-механических расчетах [52] и лишь частично подтверждены экспериментами. [53]

Генерация молний

Водяной пар играет ключевую роль в образовании молний в атмосфере. Из физики облаков , облака обычно являются реальными генераторами статического заряда , который находится в атмосфере Земли. Способность облаков удерживать огромное количество электрической энергии напрямую связана с количеством водяного пара, присутствующего в локальной системе.

Количество водяного пара напрямую контролирует диэлектрическую проницаемость воздуха. В периоды низкой влажности статический разряд происходит быстро и легко. В периоды высокой влажности статических разрядов происходит меньше. Диэлектрическая проницаемость и емкость работают рука об руку, чтобы производить мегаваттные выходы молнии. [54]

После того, как облако, например, начало свой путь к тому, чтобы стать генератором молний, ​​атмосферный водяной пар действует как вещество (или изолятор ), которое снижает способность облака разряжать свою электрическую энергию. В течение определенного периода времени, если облако продолжает генерировать и хранить больше статического электричества , барьер, созданный атмосферным водяным паром, в конечном итоге разрушится из-за накопленной электрической потенциальной энергии. [55] Эта энергия будет выпущена в локальную противоположно заряженную область в форме молнии. Сила каждого разряда напрямую связана с атмосферной диэлектрической проницаемостью, емкостью и способностью источника генерировать заряд. [56]

Внеземной

Водяной пар распространен в Солнечной системе и, как следствие, в других планетных системах . Его сигнатура была обнаружена в атмосферах Солнца, встречающихся в солнечных пятнах . Присутствие водяного пара было обнаружено в атмосферах всех семи внеземных планет Солнечной системы, Луны Земли [57] и лун других планет, [ каких? ] , хотя обычно только в следовых количествах.

Извержение криогейзера на спутнике Юпитера Европе (концепция художника) [58]
Художественная иллюстрация признаков воды в атмосферах экзопланет, обнаруживаемых такими инструментами, как космический телескоп Хаббл . [59]

Геологические образования, такие как криогейзеры, как полагают, существуют на поверхности нескольких ледяных лун, выбрасывающих водяной пар из-за приливного нагрева, и могут указывать на наличие значительного количества подповерхностной воды. Шлейфы водяного пара были обнаружены на спутнике Юпитера Европе и похожи на шлейфы водяного пара, обнаруженные на спутнике Сатурна Энцеладе . [58] Следы водяного пара также были обнаружены в стратосфере Титана . [60] Было обнаружено, что водяной пар является основным компонентом атмосферы карликовой планеты Церера , крупнейшего объекта в поясе астероидов . [61] Обнаружение было сделано с использованием возможностей космической обсерватории Гершеля в дальнем инфракрасном диапазоне . [62] Это открытие является неожиданным, поскольку кометы , а не астероиды , обычно считаются «выбрасывающими струи и шлейфы». По словам одного из ученых, «границы между кометами и астероидами становятся все более размытыми». [62] Ученые, изучающие Марс, выдвигают гипотезу, что если вода перемещается по планете, то она делает это в виде пара. [63]

Яркость хвостов комет в основном обусловлена ​​водяным паром. При приближении к Солнцу лед, который несут многие кометы, испаряется . Зная расстояние кометы от Солнца, астрономы могут вывести содержание воды в комете по ее яркости. [64]

Водяной пар также был подтвержден за пределами Солнечной системы. Спектроскопический анализ HD 209458 b , экзопланеты в созвездии Пегаса, дает первое доказательство наличия водяного пара в атмосфере за пределами Солнечной системы. Было обнаружено, что звезда под названием CW Leonis имеет кольцо огромного количества водяного пара, окружающее стареющую массивную звезду . Спутник NASA, разработанный для изучения химических веществ в межзвездных газовых облаках, сделал открытие с помощью бортового спектрометра. Скорее всего, «водяной пар испарялся с поверхностей вращающихся комет». [65] Другие экзопланеты с доказательствами наличия водяного пара включают HAT-P-11b и K2-18b . [66] [67]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Что такое водяной пар?" . Получено 28 августа 2012 г. .
  2. ^ «Что такое парниковый эффект?». NASA .
  3. ^ Шредер (2000), стр. 36
  4. ^ "Библиотека геотехнических, горных и водных ресурсов - Grow Resource - Evaporation". Архивировано из оригинала 12 апреля 2008 г. Получено 7 апреля 2008 г.
  5. ^ "плавание, бассейн, расчет, испарение, вода, термальный, температура, влажность, пар, excel" . Получено 26 февраля 2016 г. .
  6. ^ "Summary of Results of all Pool Evaporation Rate Studies". RL Martin & Associates. Архивировано из оригинала 24 марта 2008 г.
  7. ^ "климат - метеорология". Encyclopaedia Britannica . Получено 26 февраля 2016 г.
  8. ^ «Портал USAP: Наука и поддержка в Антарктике — о континенте». www.usap.gov . Получено 20 июня 2024 г. .
  9. ^ Held, Isaac M.; Soden, Brian J. (ноябрь 2000 г.). «Обратная связь водяного пара и глобальное потепление». Annual Review of Energy and the Environment . 25 (1): 441–475. doi :10.1146/annurev.energy.25.1.441. ISSN  1056-3466.
  10. ^ Шредер (2000), стр. 19
  11. ^ Уильямс, Джек (5 августа 2013 г.). «Почему сухой воздух тяжелее влажного». The Washington Post . Получено 28 декабря 2014 г.
  12. ^ "Humidity 101". World Water rescue Foundation. Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 г. Получено 28 декабря 2014 г.
  13. ↑ Гуди, Томас Дж. «Паровые шары и паровые дирижабли». Архивировано из оригинала 30 августа 2010 г. Получено 26 августа 2010 г.
  14. ^ "Формулы давления водяного пара" . Получено 26 февраля 2016 г.
  15. ^ МакЭлрой (2002), стр. 34, рис. 4.3а
  16. ^ МакЭлрой (2002), стр. 36 пример 4.1
  17. ^ "Атмосферный водяной пар". Системы дистанционного зондирования . Получено 22 августа 2021 г.
  18. ^ ab Lacis, A, et al. (2013). "Роль долгоживущих парниковых газов как главного регулятора LW, который управляет глобальной температурой поверхности для прошлых и будущих изменений климата". Tellus B . 65 : 19734. Bibcode :2013TellB..6519734L. doi : 10.3402/tellusb.v65i0.19734 . S2CID  97927852.
  19. ^ ab "Properties". Американское химическое общество . Получено 26 февраля 2016 г.
  20. ^ https://web.stanford.edu/~ajlucas/The%20Atmosphere%20as%20a%20Heat%20Engine.pdf [ мертвая ссылка ]
  21. ^ Гэри, Брюс Л. "Глава 5: Источники атмосферных выбросов". Учебное пособие по воздушным микроволновым температурным профилометрам . Получено 26 февраля 2016 г.
  22. ^ ab "Парниковый эффект углекислого газа". Архивировано из оригинала 11 ноября 2016 г. Получено 26 февраля 2016 г.
  23. ^ Уивер и Раманатан (1995)
  24. ^ Норрис, Г. (2 декабря 2013 г.). «Ледяной сюрприз». Aviation Week & Space Technology . 175 (41): 30. 22 000 футов, что считается верхним пределом для облаков, содержащих переохлажденную жидкую воду
  25. ^ «Ученые-климатологи подтверждают неуловимую тропосферную горячую точку». ARC Centre of Excellence for Climate System Science . 14 мая 2015 г. Архивировано из оригинала 4 апреля 2019 г. Получено 17 мая 2015 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  26. ^ Шервуд, С.; Нишант, Н. (11 мая 2015 г.). «Атмосферные изменения в 2012 г., как показано итеративно гомогенизированными данными радиозонда о температуре и ветре (IUKv2)». Environmental Research Letters . 10 (5): 054007. Bibcode : 2015ERL....10e4007S. doi : 10.1088/1748-9326/10/5/054007 .
  27. ^ Feldman DR, Collins WD, Gero PJ, Torn MS, Mlawer EJ, Shippert TR (25 февраля 2015 г.). "Наблюдательное определение поверхностного радиационного воздействия CO2 с 2000 по 2010 г.". Nature . 519 (7543): 339–343. Bibcode :2015Natur.519..339F. doi :10.1038/nature14240. PMID  25731165. S2CID  2137527.
  28. ^ Мессер, А. "Инверсионные следы самолетов изменяют среднесуточный диапазон температур" . Получено 17 мая 2015 г.
  29. ^ Данахи, А. «Инверсионные следы самолетов способствуют удерживанию тепла в облаках высокого уровня». Архивировано из оригинала 19 мая 2015 г. Получено 17 мая 2015 г.
  30. ^ Райан, А.; Маккензи, А.; и др. (сентябрь 2012 г.). «Инверсионные следы Второй мировой войны: исследование облачности, вызванной авиацией». Международный журнал климатологии . 32 (11): 1745–1753. Bibcode : 2012IJCli..32.1745R. doi : 10.1002/joc.2392 . S2CID  129296874.
  31. ^ Ноэль, Стефан; Вайгель, Катя; и др. (2017). «Связь водяного пара и метана в стратосфере, наблюдаемая с помощью измерений солнечного затмения SCIAMACHY» (PDF) . Atmospheric Chemistry and Physics (18): 4463–4476. doi : 10.5194/acp-18-4463-2018 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. . Получено 22 августа 2021 г. .
  32. ^ Myhre, Gunnar; et al. (9 января 2007 г.). "Радиационный натиск, вызванный стратосферным водяным паром от окисления CH4". Geophysical Research Letters . 34 (1). Bibcode : 2007GeoRL..34.1807M. doi : 10.1029/2006GL027472 .
  33. ^ Фогт и др. (2010): «Равновесная температура Земли составляет 255 К, что значительно ниже точки замерзания воды, но из-за ее атмосферы парниковый эффект нагревает поверхность»
  34. ^ "Каково максимальное и минимальное расстояние до Земли, совместимое с жизнью?". Кафе Астрономии . Архивировано из оригинала 10 мая 2004 года.
  35. ^ "Температура поверхности". Заметки по астрономии . Для Земли альбедо составляет 0,306, а расстояние — 1,000 а.е., поэтому ожидаемая температура составит 254 К или -19 °C — значительно ниже точки замерзания воды!
  36. ^ де Патер, И., Лиссауэр, Дж., Планетарные науки, Cambridge University Press, 2007
  37. ^ Уоллес, Джон М.; Хоббс, Питер В. (2006). Атмосферная наука: вводный обзор (PDF) (2-е изд.). Elsevier. стр. 8. ISBN 978-0-12-732951-2. Архивировано из оригинала (PDF) 28 июля 2018 г.
  38. ^ Ли, Чжэньхун; Мюллер, Ян-Питер; Кросс, Пол (29 октября 2003 г.). "Сравнение осаждаемого водяного пара, полученного с помощью радиозонда, GPS и спектрорадиометра с визуализацией среднего разрешения". Журнал геофизических исследований: Атмосферы . 108 (20): 4651. Bibcode : 2003JGRD..108.4651L. doi : 10.1029/2003JD003372 .
  39. ^ Gleick, PH (1996). «Водные ресурсы». В Schneider, SH (ред.). Энциклопедия климата и погоды . Нью-Йорк: Oxford University Press. С. 817–823. Том 2
  40. ^ ab Forsythe, John; Haar, Thomas H; Cronk, Heather (21 мая 2014 г.). «Наблюдаемые глобальные и региональные изменения в водяном паре Земли: фокус на интерфейсе погода-климат» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. . Получено 22 августа 2021 г. .
  41. ^ Международный проект спутниковой климатологии облаков (2010). "21-летние отклонения и аномалии среднемесячного регионального значения от среднего за весь период по глобальному общему содержанию водяного пара в столбе атмосферы (см)" . Получено 22 августа 2021 г.
  42. ^ ab Mockler SB (декабрь 1995 г.). «Водяной пар в климатической системе». Специальный отчет AGU . Получено 22 августа 2021 г.
  43. ^ «Изучение Земли как интегрированной системы». nasa.gov . NASA. 2016. Архивировано из оригинала 2 ноября 2016 года.
  44. ^ "Техническое резюме" (PDF) . Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (отчет). Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Cambridge University Press. 2021. стр. 33−144 [стр. 96, рис. TS.17]. doi : 10.1017/9781009157896.002 . ISBN 9781009157896. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2022 г.
  45. ^ Тренберт, Кевин Э.; Смит, Лесли (15 марта 2005 г.). «Масса атмосферы: ограничение глобального анализа». Журнал климата . 18 (6): 864–875. Bibcode : 2005JCli...18..864T. doi : 10.1175/JCLI-3299.1 . S2CID  16754900.
  46. ^ Gulev SK, Thorne PW, Ahn J, Dentener FJ, Domingues CM, Gerland S, Gong G, Kaufman DS, Nnamchi HC, Quaas J, Rivera JA, Sathyendranath S, Smith SL, Trewin B, von Shuckmann K, Vose RS (2021). "2.3.1.3.3 Общий водяной пар в атмосфере". В Masson-Delmotte V, Zhai P (ред.). Изменение состояния климатической системы. Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (отчет). Cambridge University Press. стр. 52–3 . Получено 22 августа 2021 г.
  47. ^ Сигурдссон и Хоутон (2000)
  48. ^ Скольник (1990), стр. 23.5
  49. ^ Скольник (1990), стр. 2.44–2.54.
  50. ^ "Водяной пар". Global Maps. 31 июля 2018 г. Получено 26 февраля 2016 г.
  51. ^ Лойола, Диего. "GOME-2/MetOp-A at DLR". atmos.eoc.dlr.de . Архивировано из оригинала 17 октября 2017 г. Получено 19 октября 2017 г.
  52. ^ Теннисон, Джонатан (2014). «Диполи колебательно-вращательного перехода из первых принципов». Журнал молекулярной спектроскопии . 298 : 1–6. Bibcode : 2014JMoSp.298....1T. doi : 10.1016/j.jms.2014.01.012 .
  53. ^ Thalman, Ryan; Volkamer, Rainer (2013). «Сечения поглощения пар столкновений O2-O2, зависящие от температуры, между 340 и 630 нм и при атмосферном давлении». Physical Chemistry Chemical Physics . 15 (37): 15.371–381. Bibcode : 2013PCCP...1515371T. doi : 10.1039/C3CP50968K. PMID  23928555.
  54. ^ Шэдоуиц (1975), стр. 165–171
  55. ^ Шадоуиц (1975), стр. 172–173, 182, 414–416
  56. ^ Шадоуиц (1975), стр. 172
  57. ^ Шридхаран и др. (2010), с. 947
  58. ^ ab Cook, Jia-Rui C.; Gutro, Rob; Brown, Dwayne; Harrington, JD; Fohn, Joe (12 декабря 2013 г.). «Hubble Sees Evidence of Water Vapor at Jupiter Moon». NASA . Получено 12 декабря 2013 г. .
  59. ^ "Hubble отслеживает слабые следы воды в атмосферах экзопланет (иллюстрация художника)". Пресс-релиз ESA/Hubble . Получено 5 декабря 2013 г.
  60. ^ Коттини и др. (2012)
  61. ^ Кюпперс и др. (2014)
  62. ^ ab Harrington, JD (22 января 2014 г.). «Телескоп Herschel обнаружил воду на карликовой планете – выпуск 14-021». NASA . Получено 22 января 2014 г. .
  63. ^ Якоски, Брюс и др. «Вода на Марсе», апрель 2004 г., Physics Today , стр. 71.
  64. ^ "Анатомия кометы". rosetta.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 18 февраля 2013 г.
  65. ↑ Ллойд, Робин. «Водяной пар, возможные кометы, обнаруженные на орбите звезды», 11 июля 2001 г., Space.com. Получено 15 декабря 2006 г.
  66. ↑ Clavin, Whitney; Chou, Felicia; Weaver, Donna; Villard, Ray; Johnson, Michele (24 сентября 2014 г.). «Телескопы NASA обнаружили чистое небо и водяной пар на экзопланете». NASA . Получено 24 сентября 2014 г. .
  67. ^ Tsiaras, Angelos; et al. (11 сентября 2019 г.). «Водяной пар в атмосфере обитаемой зоны восьмимассовой планеты K2-18 b». Nature Astronomy . 3 (12): 1086–1091. arXiv : 1909.05218 . Bibcode :2019NatAs...3.1086T. doi :10.1038/s41550-019-0878-9. S2CID  202558393.

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Водяной пар.