Procesy chemiczne wewnątrz chmury

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
dział CHMURY I AEROZOLE: ZAAWANSOWANE - menu (rozwiń)



Chmura nie jest obojętną chemicznie mieszaniną kropelek wody (i/lub kryształków lodu) oraz cząstek stałych. Cząsteczki, które umożliwiają tworzenie się chmur, nazywane jądrami kondensacji, mają różny skład chemiczny w zależności od pochodzenia (antropogenicznego lub naturalnego). Każda chmura jest otoczona powietrzem, które może zawierać różne domieszki, a te mogą wpływać na skład chemiczny kropel chmurowych. Jak widać w chmurze dużo się dzieje…

Procesy chemiczne w chmurze

1. Procesy chemiczne zachodzące w chmurze.
Objaśnienia w tekście.
Autor: J. Gourdeau.

Wewnątrz kropli chmurowej zachodzą cztery główne procesy:
- skład chemiczny jąder kondensacji oraz ich rozmiar mogą ulec zmianie po wyparowaniu kropli (proces nr 1 na ryc. 1);
- część jądra kondensacji może ulec rozpuszczeniu w wodzie (2)
- i wejść w reakcje chemiczne z wodą wewnątrz kropli (3); - między kroplą (faza ciekła) a powietrzem atmosferycznym (faza gazowa) może dojść do wymiany materii (4).

Cząstka stała wewnątrz kropli

Ta część aerozolu, która może rozpuścić się w wodzie decyduje o jego zdolności do utworzenia kropli chmurowej. Skład chemiczny jąder kondensacji determinuje początkowy skład chemiczny kropli chmurowej, gdyż rozpuszczalna część jądra kondesacji reaguje z wodą. Mało higroskopijne cząstki (np. cząsteczki gleby, pyłki roślin, cząsteczki wytworzone w czasie spalania biomasy) pozostają w otaczającym powietrzu, nie tworzą kropel.

Cząsteczka, która powstaje wskutek wyparowania kropli chmurowej różni się od początkowego jądra kondensacji z powodu reakcji chemicznych zachodzących w chmurze.

Cząsteczka dwutlenku siarki

2. Cząsteczka dwutlenku siarki (1) przekształca się w siarczan amonowy (2) który rozrasta się i tworzy cząsteczkę (3). Te cząsteczki są higroskopijne, co oznacza, że szybko zwiększają swoje rozmiary przy kontakcie z wodą (4).
Autor: J. Gourdeau

Gazy atmosferyczne wokół kropli

To, czy substancje chemiczne pozostają w fazie gazowej czy też są absorbowane przez kroplę wody ocenia się biorąc pod uwagę prawo równowagi Henry’ego:

A(aq) = HA PA

gdzie  A(aq) to stężenie fazy ciekłej (mol/L), PA to ciśnienie cząstkowe A w fazie gazowej (atm), a HA to współczynnik prawa Henry’ego dla badanego gazu.

Niektóre substancje powracają do fazy gazowej i wydostają się z kropli; inne, gdy raz tam trafią, pozostają w fazie ciekłej, chyba, że nastąpi całkowite wyparowanie kropli

Reakcje chemiczne wewnątrz kropli

W kropli chmurowej może zachodzić około 100 różnych reakcji chemicznych. Często prowadzą one do znaczącej zmiany kwasowości opadów – wywołują kwaśne deszcze, które są niebezpieczne dla roślin i zwierząt, zwłaszcza wodnych, a także powodują zniszczenia budynków. Główne substancje wywołujące kwaśne deszcze to tlenki siarki i azotu

Badacz pobierający próbki

3. Badacz pobierający próbki wody do analizy pod kątem występowania kwaśnych deszczów. Zwróć uwagę na zniszczony przez nie las!
Źródło: NOAA.

Wszystkie te skomplikowane procesy chemiczne z udziałem chmur zmieniają tak same chmury, jak też powietrze dookoła nich. Tylko jedna chmura na siedem daje opad atmosferyczny, a każde jądro kondensacji bierze udział w wielu cyklach parowania-kondensacji (około 10-25!) zanim opadnie na ziemię…

O tej stronie:
Autor: J. Gourdeau, LAMP Clermont-Ferrand, Francja
Recenzent: M. Leriche, CNRS LaMP, LaMP CNRS, Francja
Ostatnia aktualizacja: 2003-12-4
Tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
Redakcja techniczna: Kamil Bodziony, Wojciech Pudło, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Last modified: Wednesday, 29 April 2020, 9:02 PM