水由液态蒸发翻译-中英
雨的形成
水由液态蒸发进入大气成为气体是以水分子的个体存在,根据阿伏伽德罗定律,在相同条件下无论何种性质的气体,在相同体积时,其分子个数相同,延伸一下,无论何种气体在相同条件下,其分子所占空间相同。水分子进入大气中,与空气其他组分体积相同,水的分子量为18,空气平均分子量约29,相同体积水分子的密度比空气小很多,水分子会因空气的浮力直接扩散到大气高空,而雨、雪、雾等气候现象都发生在气流下层。海水的日蒸发量平均到5100万亿吨的空气中,仅约为0.3/m3,水在空气中的饱和度比如10℃时9.41克/m3,30℃时30.38克/m3,,这个含量远远达不到水因为空气中过饱和才能凝结成雨的条件。其结果是冬季海水蒸发随上层气流直接进入两极形成冰雪沉积,在极地(在两极低温,水的饱和度超近于零)夏季时水蒸发进入上层气流,冰雪融化顺着河道返回大海,地球上就不存在雨及雾的自然现象。但事实不是这样的,那是因为水的蒸发水分子进入到空气中不是简单的混合。由于水分子氢氧键的不对称结构使其产生极性(水分子这一特性使其在液态时可以溶解很多物质,并与许多物质形成稳定水合物从溶液中析出,许多盐类比如硫酸盐、硝酸盐的大多数以水合分子的形成存在自然界中),而当水分子以气体个体存在时极性更大,如铜铁在干燥的空气中或完全沉浸在水里很难生锈,只有在潮湿的空气中才很容易腐蚀。这一特点使水分子进入空气中会与其组分形成以水分子为核心的水合分子团。由于水分子的加入,水合分子团的密度会小于空气的密度,水分子进入大气越多形成的水合分子团越小,密度越小,直致其饱和水分子团最小,密度最小,因大气随高度的增加密度减小,这些以水分子的核心为核心大小不一的分子团会悬浮与之密度相当的大气中。饱和分子团悬浮于最高层。由于分子团上升力,会将地面扬起的粉尘带入空中,当分子团上升随高度的增加温度降低,(大气每上升1Km温度降低6度)由不饱和变饱和,饱和变过饱,水分子会析出,如有粉尘产生凝结力将其吸附由气态转为液态,同时释放出凝结热,如有剩余水分子会继续上升形成新的水合分子团,会将粉尘作凝结带入高空。上升中这个过程不断进行,雨核不断增大,上层高空新的水合分子团不断形成,当雨核的重力大于分子团的浮力时,会下沉至较暖气层重新变为不饱和,上层新的水分子团与沉至下层的不饱和分子不断会有下面饱和分子团的上升因过饱析出的水分子的加入变得饱和,浮力增加会继续上升,直至上层气流充满饱和分子,逐渐形成雨核。如此往复,雨核逐渐变大,下沉至低层,与低层气流中雨核汇合,产生凝聚力,形成云团,随南北对流层移动的过程中,随着下面饱和分子团的不断加入析出水分子,雨核进一步增大合并形成水滴,重力大于水分子团的浮力时就飘洒落于地面。比如地面30℃时的饱和分子团上升至高空温度降至10℃时,其饱和度由30.38克/m3降至9.41克/m3,会有21克/m的水析出。
通过以上分析,雨的形成必须满足以下条件:
1、 上层气流具有充足的饱和水分子团。
2、 地面不断有饱和水分子团的加入
3、 充足的凝结核。
2014.4.2