stringtranslate.com

Водяной пар

Водяной пар , водяной пар или водный пар — это газовая фаза воды . Это одно из состояний воды в гидросфере . Водяной пар может образовываться при испарении или кипении жидкой воды или при сублимации льда . Водяной пар прозрачен, как и большинство компонентов атмосферы. [4] В типичных атмосферных условиях водяной пар постоянно образуется в результате испарения и удаляется путем 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 вызывает потепление, внося больший вклад в общий парниковый эффект, чем неконденсирующиеся газы, такие как углекислый газ и метан . Использование водяного пара в виде пара было важно для приготовления пищи, а также в качестве основного компонента в системах производства и транспортировки энергии со времен промышленной революции .

Водяной пар — относительно распространенный компонент атмосферы, присутствующий даже в солнечной атмосфере , а также на каждой планете Солнечной системы и во многих астрономических объектах, включая естественные спутники , кометы и даже крупные астероиды . Точно так же обнаружение внесолнечного водяного пара указывало бы на аналогичное распределение в других планетных системах. Водяной пар также может быть косвенным свидетельством присутствия внеземной жидкой воды в случае некоторых объектов планетарной массы.

Характеристики

Испарение

Когда молекула воды покидает поверхность и диффундирует в окружающий газ, говорят, что она испарилась . Каждая отдельная молекула воды, которая переходит между более связанным (жидкость) и менее связанным (пар/газ) состоянием, делает это посредством поглощения или выделения кинетической энергии . Совокупное измерение этой передачи кинетической энергии определяется как тепловая энергия и происходит только тогда, когда существует разница в температуре молекул воды. Жидкая вода, которая превращается в водяной пар, забирает с собой некоторое количество тепла в процессе, называемом испарительным охлаждением . [5] Количество водяного пара в воздухе определяет, как часто молекулы будут возвращаться на поверхность. Когда происходит чистое испарение, водоем подвергается чистому охлаждению, непосредственно связанному с потерей воды.

В США Национальная метеорологическая служба измеряет фактическую скорость испарения со стандартной открытой поверхности воды на открытом воздухе в различных местах по всей стране. Другие делают то же самое по всему миру. Данные США собираются и компилируются в ежегодную карту испарения. [6] Измерения варьируются от менее 30 до более 120 дюймов в год. Формулы можно использовать для расчета скорости испарения с поверхности воды, например бассейна. [7] [8] В некоторых странах скорость испарения намного превышает скорость осадков .

Испарительное охлаждение ограничено атмосферными условиями . Влажность – это количество водяного пара в воздухе. Содержание пара в воздухе измеряется с помощью приборов, известных как гигрометры . Измерения обычно выражаются в виде удельной влажности или относительной влажности в процентах . Температуры атмосферы и поверхности воды определяют равновесное давление пара; Относительная влажность 100% возникает, 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 насыщен при температуре 30 °C. [9]

Сублимация

Сублимация — это процесс, при котором молекулы воды непосредственно покидают поверхность льда, не превращаясь сначала в жидкую воду. Сублимация объясняет медленное исчезновение льда и снега в середине зимы при слишком низких температурах, чтобы вызвать таяние. Антарктида демонстрирует этот эффект в уникальной степени, поскольку это континент с самым низким уровнем осадков на Земле. В результате появились большие территории, где тысячелетние слои снега сублимировались, оставив после себя все нелетучие материалы, которые они содержали. Это чрезвычайно ценно для некоторых научных дисциплин, ярким примером которых является коллекция метеоритов , которые остаются открытыми в беспрецедентном количестве и в отличной сохранности.

Сублимация важна при подготовке некоторых классов биологических препаратов к сканирующей электронной микроскопии . Обычно образцы готовятся путем криофиксации и замораживания , после чего сломанная поверхность подвергается замораживанию и эрозии под воздействием вакуума до достижения необходимого уровня детализации. Этот метод может отображать молекулы белка, структуры органелл и липидные бислои с очень низкой степенью искажений.

Конденсат

Облака, образованные конденсированным водяным паром

Водяной пар будет конденсироваться на другой поверхности только в том случае, если эта поверхность холоднее температуры точки росы или когда равновесие водяного пара в воздухе нарушено. Когда водяной пар конденсируется на поверхности, на этой поверхности происходит суммарное нагревание. [10] Молекула воды приносит с собой тепловую энергию. В свою очередь, температура атмосферы несколько падает. [11] В атмосфере в результате конденсации образуются облака, туман и осадки (обычно только тогда, когда этому способствуют ядра конденсации облаков ). Точка росы воздушного пакета — это температура, до которой он должен остыть, прежде чем водяной пар в воздухе начнет конденсироваться. Конденсат в атмосфере образует облачные капли.

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

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

Важность и использование

Химические реакции

Продуктом ряда химических реакций является вода. Если реакции протекают при температуре выше точки росы окружающего воздуха, вода будет образовываться в виде пара и увеличивать местную влажность, если ниже точки росы произойдет местная конденсация. Типичными реакциями, приводящими к образованию воды, являются горение водорода или углеводородов в воздухе или других кислородсодержащих газовых смесях или в результате реакций с окислителями.

Подобным 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, полимеризации (некоторые пенополиуретаны и цианакрилатные клеи отверждаются под воздействием атмосферной влажности) или изменению формы. например, безводные химические вещества могут поглощать достаточно пара, чтобы сформировать кристаллическую структуру или изменить существующую, что иногда приводит к характерным изменениям цвета, которые можно использовать для измерения .

Измерение

Измерение количества водяного пара в среде может производиться непосредственно или дистанционно с различной степенью точности. Дистанционные методы, такие как электромагнитное поглощение , возможны со спутников над атмосферой планет. В прямых методах могут использоваться электронные преобразователи, увлажненные термометры или гигроскопические материалы, измеряющие изменения физических свойств или размеров.

Влияние на плотность воздуха

Водяной пар легче или менее плотный, чем сухой воздух . [12] [13] При эквивалентных температурах он является плавучим 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 пар . давление 0,6 кПа и гораздо меньшая плотность 0,0048 г/л.

Расчеты

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

При равных температурах

При той же температуре столб сухого воздуха будет плотнее или тяжелее, чем столб воздуха, содержащего водяной пар, причем молярная масса двухатомного азота и двухатомного кислорода больше молярной массы воды. Таким образом, любой объем сухого воздуха опустится, если поместить его в больший объем влажного воздуха. Кроме того, объем влажного воздуха будет подниматься или становиться плавучим , если его поместить в большую область сухого воздуха. С повышением температуры доля водяного пара в воздухе увеличивается, и его плавучесть увеличивается. Увеличение плавучести может оказать значительное воздействие на атмосферу, вызывая мощные, насыщенные влагой восходящие воздушные потоки, когда температура воздуха и температура моря достигают 25 °C или выше. Это явление является значительной движущей силой 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 увеличением концентрации. Вклад его парциального давления в давление воздуха увеличивается, снижая вклад парциального давления 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, которая может возникнуть во влажных условиях джунглей или в плохо вентилируемых зданиях.

Подъемный газ

Водяной пар имеет меньшую плотность, чем у воздуха , и поэтому плавучесть в воздухе, но имеет более низкое давление пара, чем у воздуха. Когда водяной пар используется в качестве подъемного газа на тепловом дирижабле, водяной пар нагревается с образованием пара так, что давление его пара превышает давление окружающего воздуха, чтобы сохранить форму теоретического «парового шара», что дает примерно Подъемная сила гелия на 60% выше, чем у горячего воздуха. [14]

Обсуждение

Количество водяного пара в атмосфере ограничено ограничениями парциального давления и температуры. Температура точки росы и относительная влажность действуют как ориентиры для процесса водяного пара в круговороте воды . Приток 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-Грэтча для СВП над жидкой водой ниже нуля градусов Цельсия:

где T — температура влажного воздуха, выражена в кельвинах , а p — в миллибарах ( гектопаскалях ) .

Формула действительна примерно от -50 до 102 °C; однако существует очень ограниченное количество измерений давления пара воды над переохлажденной жидкой водой. Можно использовать и ряд других формул. [15]

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 огромное количество 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 тумана из капель воды, а также в виде конденсата или инея на поверхностях. Принудительное конденсирование этих капель воды из выдыхаемого воздуха лежит в основе конденсата выдыхаемого воздуха — развивающегося медицинского диагностического теста.

Контроль водяного пара в воздухе является ключевой проблемой в отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Тепловой комфорт зависит от условий влажного воздуха. Ситуации, не связанные с человеческим комфортом, называются охлаждением и на них также влияет водяной пар. Например, во многих продовольственных магазинах, таких как супермаркеты, используются открытые холодильные шкафы или пищевые шкафы , которые могут значительно снизить давление водяного пара (снижение влажности). Эта практика приносит ряд преимуществ, а также проблем.

В атмосфере Земли

Доказательства увеличения количества водяного пара в стратосфере 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 температуре -42 °C (-44 °F) [16] до 4,24% при температуре точки росы 30 °C (86 °F). [17] Более 99% атмосферной воды находится в форме пара, а не жидкой воды или льда, [18] и примерно 99,13% водяного пара содержится в тропосфере . Конденсация водяного пара в жидкую или ледяную фазу ответственна за облака , дождь, снег и другие осадки , которые считаются одними из наиболее важных элементов того, что мы воспринимаем как погоду . Менее очевидно то, что скрытая теплота парообразования , которая выделяется в атмосферу всякий раз, когда происходит конденсация, является одним из наиболее важных составляющих баланса энергии атмосферы как в локальном, так и в глобальном масштабе. Например, скрытое выделение тепла в результате атмосферной конвекции напрямую ответственно за возникновение разрушительных штормов, таких как тропические циклоны и сильные грозы . Водяной пар является важным парниковым газом [19] [20] из-за наличия гидроксильной связи, которая сильно поглощает инфракрасное излучение .

Водяной пар является «рабочим телом» атмосферного термодинамического двигателя, который преобразует тепловую энергию солнечного излучения в механическую энергию в виде ветра. Преобразование тепловой энергии в механическую требует верхнего и нижнего температурного уровня, а также рабочей среды, которая перемещается вперед и назад между ними. Верхний уровень температуры задает почва или водная поверхность земли, которая поглощает поступающую солнечную радиацию и нагревается, испаряя воду. Влажный и теплый воздух у земли легче окружающей среды 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 уже холодном воздухе конденсируется и падает на землю в виде дождя или снега. Теперь более тяжелый холодный и сухой воздух также опускается на землю; Таким образом, атмосферный термодинамический двигатель создает 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 в результате сил Кориолиса эта вертикальная атмосферная конвекция также преобразуется в горизонтальную конвекцию в виде циклонов и антициклонов, которые переносят воду, испаряющуюся над океанами, внутрь континентов, позволяя растительности расти. . [21]

Вода в атмосфере Земли не просто находится ниже точки кипения (100 °C), но на высоте она опускается ниже точки замерзания (0 °C) из-за сильно полярного притяжения воды . В сочетании с его количеством водяной пар имеет соответствующую точку росы и точку замерзания , в отличие, например, от углекислого газа и метана. Таким образом, водяной пар имеет масштабную высоту , составляющую долю высоты основной атмосферы, [22] [23] [24] , поскольку вода конденсируется и выходит , главным образом, в тропосферу , самый нижний слой атмосферы. [25] Углекислый газ ( CO 2 ) и метан , хорошо смешанные в атмосфере, имеют тенденцию подниматься над водяным паром. Поглощение и выброс обоих соединений способствуют выбросам Земли в космос и, следовательно, планетарному парниковому эффекту . [23] [26] [27] Это парниковое воздействие можно наблюдать непосредственно по четким спектральным характеристикам в зависимости от водяного пара, и наблюдается его рост с ростом уровня CO 2 . [28] И наоборот, добавление водяного пара на больших высотах оказывает непропорционально сильное воздействие, поэтому движение реактивных самолетов [29] [30] [31] оказывает непропорционально высокий эффект потепления. Окисление метана также является основным источником водяного пара в стратосфере [32] и увеличивает эффект глобального потепления метана примерно на 15%. [33]

В отсутствие других парниковых газов водяной пар Земли конденсировался бы на поверхности; [34] [35] [36] Вероятно, это случалось , возможно, не раз. Таким образом, ученые различают неконденсирующиеся (движущие) и конденсируемые (вытесняемые) парниковые газы, т.е. описанную выше обратную связь водяного пара. [37] [20] [19]

Туман и облака образуются в результате конденсации вокруг ядер конденсации облаков . В отсутствие ядер конденсация будет происходить только при гораздо более низких температурах. При постоянной конденсации или отложениях образуются облачные капли или снежинки, которые выпадают в осадок при достижении критической массы.

Концентрация водяного пара в атмосфере сильно варьируется в зависимости от места и времени: от 10 ppmv в самом холодном воздухе до 5% (50 000 ppmv) во влажном тропическом воздухе [38] и может быть измерена с помощью комбинации наземных наблюдений, метеозондов и спутники. [39] Содержание воды в атмосфере в целом постоянно истощается за счет осадков. В то же время он постоянно пополняется за счет испарения, главным образом из океанов, озер, рек и влажной земли. Другие источники атмосферной воды включают горение, дыхание, извержения вулканов, испарение растений и различные другие биологические и геологические процессы. В любой момент времени в атмосфере содержится около 1,29 х 10 16 литров (3,4 х 10 15 галлонов). В атмосфере содержится 1 часть на 2500 пресной воды и 1 часть на 100 000 всей воды на Земле. [40] Среднее глобальное содержание водяного пара в атмосфере примерно достаточно для того, чтобы покрыть поверхность планеты слоем жидкой воды глубиной около 25 мм. [41] [42] [43] Среднегодовое количество осадков на планете составляет около 1 метра, сравнение предполагает быстрый круговорот воды в воздухе – в среднем время пребывания молекулы воды в тропосфере составляет около 9 до 10 дней. [43]

Некоторые эффекты глобального потепления могут либо усиливать ( положительные обратные связи , такие как увеличение концентрации водяного пара), либо тормозить ( отрицательные обратные связи ) потепление. [44] [45] Наблюдения и исследования моделирования показывают, что существует чистая положительная обратная связь с нынешним глобальным потеплением Земли. [46]

Глобальное среднее значение водяного пара составляет около 0,25% массы атмосферы и также варьируется в зависимости от сезона: вклад в атмосферное давление составляет от 2,62 гПа в июле до 2,33 гПа в декабре. [47] В ДО6 МГЭИК выражена средняя степень достоверности увеличения общего количества водяного пара примерно на 1-2% за десятилетие; [48] ​​ожидается, что оно увеличится примерно на 7% на каждый градус потепления. [41]

Эпизоды поверхностной геотермальной активности, такие как извержения вулканов и гейзеры, выбрасывают в атмосферу различное количество водяного пара. Такие извержения могут быть масштабными по человеческим меркам, а крупные эксплозивные извержения могут выбрасывать исключительно большие массы воды исключительно высоко в атмосферу, но в процентном отношении к общему количеству атмосферной воды роль таких процессов тривиальна. Относительные концентрации различных газов, выбрасываемых вулканами , значительно варьируются в зависимости от места и конкретного события на любом месте. Однако водяной пар неизменно является самым распространенным вулканическим газом ; как правило, на него приходится более 60% общего объема выбросов при субаэральном извержении . [49]

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

Радарная и спутниковая съемка

Эти карты показывают среднее количество водяного пара в столбе атмосферы за определенный месяц. ( нажмите, чтобы узнать больше )
MODIS / Terra глобальное среднее значение водяного пара в атмосфере в атм-см (сантиметры воды в атмосферном столбе, если она конденсировалась)

Поскольку молекулы воды поглощают микроволны и другие частоты радиоволн , вода в атмосфере ослабляет радиолокационные сигналы. [50] Кроме того, атмосферная вода будет отражать и преломлять сигналы в степени, которая зависит от того, является ли она паром, жидкостью или твердым телом.

Как правило, сигналы радаров постепенно теряют силу по мере продвижения через тропосферу. Различные частоты затухают с разной скоростью, так что некоторые компоненты воздуха непрозрачны для одних частот и прозрачны для других. Радиоволны, используемые для радиовещания и других видов связи, 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 наличие водяного пара в атмосфере заставляет атмосферу действовать как гигантская призма. [51]

Сравнение спутниковых снимков GOES-12 показывает распределение водяного пара в атмосфере относительно океанов, облаков и континентов Земли. Пар окружает планету, но распределен неравномерно. Цикл изображения справа показывает среднемесячное содержание водяного пара, единицы измерения указаны в сантиметрах, что представляет собой осаждаемую воду или эквивалентное количество воды, которое могло бы быть получено, если бы весь водяной пар в колонне конденсировался. Наименьшее количество водяного пара (0 сантиметров) отображается желтым цветом, а наибольшее количество (6 сантиметров) — темно-синим. Области недостающих данных отображаются оттенками серого. Карты основаны на данных, собранных датчиком спектрорадиометра среднего разрешения (MODIS) на спутнике НАСА Aqua. Наиболее заметной закономерностью во временном ряду является влияние сезонных изменений температуры и поступающего солнечного света на водяной пар. В тропиках полоса чрезвычайно влажного воздуха колеблется к северу и югу от экватора при смене времен года. Эта полоса влажности является частью внутритропической зоны конвергенции , где сходятся восточные пассаты из каждого полушария и вызывают почти ежедневные грозы и облака. Дальше от экватора концентрация водяного пара высока в летнем полушарии и низка в зимнем полушарии. Другая закономерность, которая проявляется во временных рядах, заключается в том, что количество водяного пара над сушей в зимние месяцы уменьшается сильнее, чем над прилегающими областями океана. Во многом это связано с тем, что температура воздуха над сушей зимой падает сильнее, чем температура над океаном. Водяной пар конденсируется быстрее в более холодном воздухе. [52]

Поскольку водяной пар поглощает свет в видимом спектральном диапазоне, его поглощение можно использовать в спектроскопических приложениях (например, DOAS ) для определения количества водяного пара в атмосфере. Это делается оперативно, например, с помощью спектрометров Глобального эксперимента по мониторингу озона (GOME) на станциях ERS (GOME) и MetOp (GOME-2). [53] Более слабые линии поглощения паров воды в синей области спектра и далее в УФ-диапазоне вплоть до предела диссоциации около 243 нм основаны главным образом на квантово-механических расчетах [54] и лишь частично подтверждаются экспериментами. [55]

Генерация молний

Водяной пар играет ключевую роль в образовании молний в атмосфере. Согласно физике облаков , обычно облака являются настоящими генераторами статического заряда , обнаруженного в атмосфере Земли. Способность облаков удерживать огромное количество электроэнергии напрямую связана с количеством водяного пара, присутствующего в локальной системе.

Количество водяного пара напрямую влияет на диэлектрическую проницаемость воздуха. В периоды низкой влажности статический разряд происходит быстро и легко. В периоды повышенной влажности возникает меньше статических разрядов. Диэлектрическая проницаемость и емкость работают рука об руку, создавая мегаваттную мощность молнии. [56]

Например, после того, как облако стало генератором молний, ​​атмосферный водяной пар действует как вещество (или изолятор ), которое снижает способность облака разряжать свою электрическую энергию. Если через определенное время облако продолжит генерировать и хранить больше статического электричества , барьер, созданный атмосферным водяным паром, в конечном итоге разрушится из-за накопленной потенциальной электрической энергии. [57] Эта энергия будет высвобождена в локальную противоположно заряженную область в виде молнии. Сила каждого разряда напрямую связана с диэлектрической проницаемостью атмосферы, емкостью и способностью источника генерировать заряд. [58]

Инопланетянин

Водяной пар распространен в Солнечной системе и, соответственно, в других планетных системах . Его подпись была обнаружена в атмосфере Солнца, в виде солнечных пятен . Присутствие водяного пара было обнаружено в атмосферах всех семи внеземных планет Солнечной системы, земной Луны [59] и спутников других планет [ каких? ] хотя обычно в следовых количествах.

Криогейзер , извергающийся на спутнике Юпитера Европе (художественная концепция) [60]
Художественная иллюстрация следов воды в атмосферах экзопланет, которые можно обнаружить с помощью таких инструментов, как космический телескоп Хаббл . [61]

Считается , что геологические образования, такие как криогейзеры , существуют на поверхности нескольких ледяных лун , выбрасывающих водяной пар из-за приливного нагрева , и могут указывать на наличие значительных количеств подземной воды. Шлейфы водяного пара были обнаружены на спутнике Юпитера Европе и похожи на шлейфы водяного пара, обнаруженные на спутнике Сатурна Энцеладе . [60] Следы водяного пара также были обнаружены в стратосфере Титана . [62] Было обнаружено, что водяной пар является основным компонентом атмосферы карликовой планеты Церера , крупнейшего объекта в поясе астероидов . [63] Это обнаружение было сделано с использованием дальнего инфракрасного диапазона космической обсерватории Гершель . [64] Это открытие является неожиданным, поскольку обычно считается, что кометы , а не астероиды , «выпускают струи и шлейфы». По словам одного из ученых, «границы между кометами и астероидами становятся все более размытыми». [64] Ученые, изучающие Марс, выдвигают гипотезу, что если вода и движется по планете, то в виде пара. [65]

Блеск хвостов комет во многом обусловлен водяным паром. При приближении к Солнцу лед многих комет превращается в пар. Зная расстояние кометы от Солнца, астрономы могут сделать вывод о содержании воды в комете по ее блеску. [66]

Водяной пар также был подтвержден за пределами Солнечной системы. Спектроскопический анализ HD 209458 b , внесолнечной планеты в созвездии Пегаса, дает первое свидетельство присутствия водяного пара в атмосфере за пределами Солнечной системы. Было обнаружено, что звезда под названием CW Leonis имеет кольцо из огромного количества водяного пара, окружающее стареющую массивную звезду . Спутник НАСА , предназначенный для изучения химических веществ в межзвездных газовых облаках, сделал это открытие с помощью бортового спектрометра. Скорее всего, «водяной пар испарился с поверхностей орбитальных комет». [67] Другие экзопланеты, на которых имеются признаки наличия водяного пара, включают HAT-P-11b и K2-18b . [68] [69]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лиде (1992)
  2. ^ ab Венский стандарт средней океанской воды (VSMOW), используемый для калибровки, плавится при 273,1500089 (10)  К (0,000089 (10) ° C) и кипит при 373,1339 К (99,9839 ° C).
  3. ^ «Водяной пар – удельная теплоемкость» . Проверено 15 мая 2012 г.
  4. ^ "Что такое водяной пар?" . Проверено 28 августа 2012 г.
  5. ^ Шредер (2000), с. 36
  6. ^ «Библиотека геотехнических, горных и водных ресурсов - Выращивание ресурсов - Испарение» . Архивировано из оригинала 12 апреля 2008 года . Проверено 7 апреля 2008 г.
  7. ^ «плавание, бассейн, расчет, испарение, вода, тепло, температура, влажность, пар, Excel» . Проверено 26 февраля 2016 г.
  8. ^ «Сводка результатов всех исследований скорости испарения в бассейне» . Р. Л. Мартин и партнеры. Архивировано из оригинала 24 марта 2008 года.
  9. ^ «Климат - метеорология». Британская энциклопедия . Проверено 26 февраля 2016 г.
  10. ^ Хелд, Исаак М.; Соден, Брайан Дж. (ноябрь 2000 г.). «Обратная связь водяного пара и глобальное потепление». Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды . 25 (1): 441–475. doi :10.1146/annurev.energy.25.1.441. ISSN  1056-3466.
  11. ^ Шредер (2000), с. 19
  12. ↑ Уильямс, Джек (5 августа 2013 г.). «Почему сухой воздух тяжелее влажного». Вашингтон Пост . Проверено 28 декабря 2014 г.
  13. ^ «Влажность 101». Всемирный фонд спасения воды. Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 года . Проверено 28 декабря 2014 г.
  14. ^ Гуди, Томас Дж. «Паровые воздушные шары и паровые дирижабли». Архивировано из оригинала 30 августа 2010 года . Проверено 26 августа 2010 г.
  15. ^ «Составы для давления водяного пара» . Проверено 26 февраля 2016 г.
  16. ^ МакЭлрой (2002), с. 34, рис. 4.3а
  17. ^ МакЭлрой (2002), с. 36 пример 4.1
  18. ^ «Атмосферный водяной пар». Системы дистанционного зондирования . Проверено 22 августа 2021 г.
  19. ^ аб Лацис, А. и др. (2013). «Роль долгоживущих парниковых газов как основного регулятора LW, который управляет глобальной приземной температурой в связи с прошлым и будущим изменением климата». Теллус Б. 65 : 19734. Бибкод : 2013TellB..6519734L. дои : 10.3402/tellusb.v65i0.19734 . S2CID  97927852.
  20. ^ аб «Свойства». Американское химическое общество . Проверено 26 февраля 2016 г.
  21. ^ https://web.stanford.edu/~ajlucas/The%20AtmSphere%20as%20a%20Heat%20Engine.pdf [ неработающая ссылка ]
  22. ^ Гэри, Брюс Л. «Глава 5: Источники выбросов в атмосферу». Учебное пособие по бортовым микроволновым измерителям температуры . Проверено 26 февраля 2016 г.
  23. ^ ab «Парниковый эффект углекислого газа». Архивировано из оригинала 11 ноября 2016 года . Проверено 26 февраля 2016 г.
  24. ^ Уивер и Раманатан (1995)
  25. ↑ Норрис, Г. (2 декабря 2013 г.). «Ледяной сюрприз». Неделя авиации и космических технологий . 175 (41): 30,22 000 футов, что считается верхним пределом для облаков, содержащих переохлажденную жидкую воду.
  26. ^ «Ученые-климатологи подтверждают неуловимую горячую точку тропосферы» . Центр передового опыта ARC в области наук о климатических системах . 14 мая 2015 года. Архивировано из оригинала 4 апреля 2019 года . Проверено 17 мая 2015 г.
  27. ^ Шервуд, С; Нишант, Н. (11 мая 2015 г.). «Атмосферные изменения в 2012 году, как показывают итеративно гомогенизированные данные о температуре и ветре радиозондов (IUKv2)». Письма об экологических исследованиях . 10 (5): 054007. Бибкод : 2015ERL....10e4007S. дои : 10.1088/1748-9326/10/5/054007 .
  28. ^ Фельдман Д.Р., Коллинз У.Д., Геро П.Дж., Торн М.С., Млавер Э.Дж., Шипперт Т.Р. (25 февраля 2015 г.). «Наблюдательное определение поверхностного радиационного воздействия CO2 с 2000 по 2010 год». Природа . 519 (7543): 339–343. Бибкод : 2015Natur.519..339F. дои : 10.1038/nature14240. PMID  25731165. S2CID  2137527.
  29. ^ Мессер, А. «Следы реактивных самолетов изменяют среднесуточный диапазон температур» . Проверено 17 мая 2015 г.
  30. ^ Данахи, А. «Инверсионные следы самолетов способствуют удержанию тепла в облаках высокого уровня». Архивировано из оригинала 19 мая 2015 года . Проверено 17 мая 2015 г.
  31. ^ Райан, А; Маккензи, А; и другие. (сентябрь 2012 г.). «Инверсионные следы времен Второй мировой войны: пример облачности, вызванной авиацией». Международный журнал климатологии . 32 (11): 1745–1753. Бибкод : 2012IJCli..32.1745R. дои : 10.1002/joc.2392 . S2CID  129296874.
  32. ^ Ноэль, Стефан; Вайгель, Катя; и другие. (2017). «Взаимодействие водяного пара и метана в стратосфере наблюдалось с помощью измерений солнечного затмения SCIAMACHY» (PDF) . Химия и физика атмосферы (18): 4463–4476. дои : 10.5194/acp-18-4463-2018 . Архивировано (PDF) оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 22 августа 2021 г.
  33. ^ Мире, Гуннар; и другие. (9 января 2007 г.). «Радиационное воздействие из-за стратосферного водяного пара в результате окисления CH4». Письма о геофизических исследованиях . 34 (1). Бибкод : 2007GeoRL..34.1807M. дои : 10.1029/2006GL027472 .
  34. ^ Фогт и др. (2010): «Равновесная температура Земли составляет 255 К, что значительно ниже точки замерзания воды, но из-за атмосферы парниковый эффект нагревает поверхность»
  35. ^ «Каково максимальное и минимальное расстояние до Земли, на котором возможна жизнь?» Астрономическое кафе . Архивировано из оригинала 10 мая 2004 года.
  36. ^ «Температура поверхности». Астрономические заметки . для Земли альбедо составляет 0,306, а расстояние — 1000 а.е., поэтому ожидаемая температура составляет 254 К или -19 С — значительно ниже точки замерзания воды!
  37. ^ де Патер И., Лиссауэр Дж., Планетарные науки, издательство Кембриджского университета, 2007 г.
  38. ^ Уоллес, Джон М.; Хоббс, Питер В. (2006). Наука об атмосфере: вводный обзор (PDF) (2-е изд.). Эльзевир. п. 8. ISBN 978-0-12-732951-2. Архивировано из оригинала (PDF) 28 июля 2018 года.
  39. ^ Ли, Чжэньхун; Мюллер, Ян-Петер; Кросс, Пол (29 октября 2003 г.). «Сравнение осаждаемого водяного пара, полученного по результатам измерений радиозонда, GPS и спектрорадиометра получения изображений среднего разрешения». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 108 (20): 4651. Бибкод : 2003JGRD..108.4651L. дои : 10.1029/2003JD003372 .
  40. ^ Глейк, PH (1996). "Водные ресурсы". В Шнайдере, С.Х. (ред.). Энциклопедия климата и погоды . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 817–823. Том. 2
  41. ^ аб Форсайт, Джон; Хаар, Томас Х; Кронк, Хизер (21 мая 2014 г.). «Наблюдаемые глобальные и региональные изменения содержания водяного пара на Земле: внимание к взаимодействию погоды и климата» (PDF) . Архивировано (PDF) оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 22 августа 2021 г.
  42. ^ Международный проект спутниковой облачной климатологии (2010). «21-летние отклонения и аномалии среднемесячного значения по региону от общего среднего значения за период по глобальному общему количеству водяного пара в столбе (см)» . Проверено 22 августа 2021 г.
  43. ^ ab Mockler SB (декабрь 1995 г.). «Водяной пар в климатической системе». Специальный репортаж АГУ . Проверено 22 августа 2021 г.
  44. ^ «Изучение Земли как целостной системы». НАСА.gov . НАСА. 2016. Архивировано из оригинала 2 ноября 2016 года.
  45. ^ «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, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета. 2021. стр. 33−144 [с. 96, рис. Ц.17]. дои : 10.1017/9781009157896.002 . ISBN 9781009157896. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2022 года.
  46. ^ Стокер, Томас Ф.; Дахэ, Цинь; Платтнер, Джан-Какспер (2013). МГЭИК AR5 WG1. Техническое резюме (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 16 июля 2023 г.См. особенно. TFE.6: Чувствительность климата и обратная связь на стр. 82.
  47. ^ Тренберт, Кевин Э; Смит, Лесли (15 марта 2005 г.). «Масса атмосферы: ограничение глобального анализа». Журнал климата . 18 (6): 864–875. Бибкод : 2005JCli...18..864T. дои : 10.1175/JCLI-3299.1 . S2CID  16754900.
  48. ^ Гулев С.К., Торн П.В., Ан Дж., Дентенер Ф.Дж., Домингес СМ, Герланд С., Гонг Дж., Кауфман Д.С., Ннамчи ХК, Куаас Дж., Ривера Дж.А., Сатьендранат С., Смит С.Л., Тревин Б., фон Шукманн К., Восе RS ( 2021). «2.3.1.3.3 Общее количество водяного пара в столбе». В Массон-Дельмотт V, Чжай П. (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). Издательство Кембриджского университета. стр. 52–3 . Проверено 22 августа 2021 г.
  49. ^ Сигурдссон и Хоутон (2000)
  50. ^ Скольник (1990), с. 23,5
  51. ^ Скольник (1990), стр. 2.44–2.54.
  52. ^ «Водяной пар». Глобальные карты. 31 июля 2018 года . Проверено 26 февраля 2016 г.
  53. ^ Лойола, Диего. «ГОМЕ-2/МетОп-А в ДЛР». atmos.eoc.dlr.de . Архивировано из оригинала 17 октября 2017 года . Проверено 19 октября 2017 г.
  54. ^ Теннисон, Джонатан (2014). «Диполи с переходом вибрации-вращения из первых принципов». Журнал молекулярной спектроскопии . 298 : 1–6. Бибкод : 2014JMoSp.298....1T. дои : 10.1016/j.jms.2014.01.012 .
  55. ^ Талман, Райан; Волкамер, Райнер (2013). «Температурно-зависимые сечения поглощения пар столкновений O2-O2 в диапазоне от 340 до 630 нм и при атмосферном давлении». Физическая химия Химическая физика . 15 (37): 15.371–381. Бибкод : 2013PCCP...1515371T. дои : 10.1039/C3CP50968K. ПМИД  23928555.
  56. ^ Шэдоуиц (1975), стр. 165–171.
  57. ^ Шэдоуиц (1975), стр. 172–173, 182, 414–416.
  58. ^ Шэдоуиц (1975), с. 172
  59. ^ Шридхаран и др. (2010), с. 947
  60. ^ Аб Кук, Цзя-Руй К.; Гутро, Роб; Браун, Дуэйн; Харрингтон, доктор юридических наук; Фон, Джо (12 декабря 2013 г.). «Хаббл видит следы водяного пара на спутнике Юпитера». НАСА . Проверено 12 декабря 2013 г.
  61. ^ «Хаббл отслеживает слабые следы воды в атмосферах экзопланет (иллюстрация художника)» . Пресс-релиз ЕКА/Хаббла . Проверено 5 декабря 2013 г.
  62. ^ Коттини и др. (2012)
  63. ^ Купперс и др. (2014)
  64. ↑ Аб Харрингтон, доктор медицинских наук (22 января 2014 г.). «Телескоп Гершель обнаружил воду на карликовой планете - выпуск 14-021». НАСА . Проверено 22 января 2014 г.
  65. ^ Якоски, Брюс и др. «Вода на Марсе», апрель 2004 г., Physics Today , с. 71.
  66. ^ «Анатомия кометы». Rosetta.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 18 февраля 2013 года.
  67. ^ Ллойд, Робин. «Водяной пар, возможные кометы, обнаружена вращающаяся вокруг звезды», 11 июля 2001 г., Space.com. Проверено 15 декабря 2006 г.
  68. ^ Клавин, Уитни; Чоу, Фелисия; Уивер, Донна; Виллард, Рэй; Джонсон, Мишель (24 сентября 2014 г.). «Телескопы НАСА обнаружили чистое небо и водяной пар на экзопланете». НАСА . Проверено 24 сентября 2014 г.
  69. ^ Циарас, Ангелос; и другие. (11 сентября 2019 г.). «Водяной пар в атмосфере обитаемой зоны восьмиземной планеты К2-18 б». Природная астрономия . 3 (12): 1086–1091. arXiv : 1909.05218 . Бибкод : 2019NatAs...3.1086T. дои : 10.1038/s41550-019-0878-9. S2CID  202558393.

Библиография

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме водяного пара.