|
Rodzaje
opadów i osadów
Opadami nazywamy tę ilość wody, która w
postaci ciekłej lub stałej spada na powierzchnię
ziemi, bądź tworzy się na niej jako rezultat
kondensacji pary wodnej. Do pierwszej grupy należą:
deszcz, śnieg, krupa i grad, a do drugiej: rosa, szron,
sadź, gołoledź. Grupę pierwszą nazywamy opadami,
grupę drugą- osadami.
Deszcz. Deszczem nazywamy krople wody spadające z chmur.
Spadanie kropel następuje, gdy ich rozmiary przekroczą
wielkość, przy której nie mogą się już utrzymać w
powietrzu, to znaczy, że nawet siła prądu
wstępującego nie może zrównoważyć siły
ciężkości spadających kropel. Mechanizm narastania
kropel ze stanu mgły do stanu deszczu mżącego nie jest
jeszcze dostatecznie wyjaśnione. Najprostszym z
przypuszczeń jest to, że krople deszczu powstają przez
łączenie się elementów chmury, którymi są albo
kropelki mgły, albo kryształki lodowe. Elementarne
kropelki mgły otoczone są warstewką powietrza
adsorpcyjnego i mogą istnieć zawieszone obok siebie w
powietrzu. Aby wytworzyła się jedna kropla deszczu,
muszą się połączyć ze sobą tysiące kropelek
elementarnych.
Zjawisko łączenia się kropel nie następuje tylko
wskutek prostego zlewania się, gdyż oprócz sił,
które temu sprzyjają, występują inne siły, które
temu wyraźnie przeszkadzają. Tak np. elementarne
kropelki chmury zawierają pewien ładunek elektryczny.
Jeśli więc kropelki posiadają ładunki o różnym
znaku, wówczas się przyciągają, jeśli zaś mają
ładunki o jednakowym znaku- odpychają się.
Niewątpliwie istotną rolę przy tworzeniu się deszczu
odgrywa powiększanie się jednych elementów kosztem
drugich. W chmurach złożonych jednocześnie z kropelek
przechłodzonej wody i kryształków lodowych kosztem
kropelek rosną śnieżynki. Jak wiadomo z fizyki,
prężność pary nasycającej powietrze w danej
temperaturze jest nad powierzchnią lodu mniejsza niż
nad powierzchnią wody; prężność jest mniejsza
również nad powierzchnią płaską niż nad wypukłą.
Jeśli zatem chmura ma budowę niejednorodną i składa
się zarówno z kryształów lodowych, jak i z kropelek
wody, to powietrze może być nie nasycone parą wodną w
stosunku do powierzchni kropelek, w stosunku zaś do
kryształków lodu będzie przesycone. Kropelki będą
zatem parowały, kryształki zaś będą ich kosztem
narastały, tworząc śnieżynki. Gdy śnieżynki
osiągną odpowiednie rozmiary, będą spadały na dół.
Podobnie duże krople, mające mniejsze krzywizny, będą
rosły kosztem małych kropelek o większej krzywiźnie.
Wynika z tego, że chmura jest wtedy najbardziej trwała,
gdy składa się z kropelek tej samej wielkości,
naładowanych elektrycznością tego samego znaku; taka
chmura nie daje opadu.
Według skandynawskiego meteorologa Bergerona, główną
przyczyną tworzenia się opadów są kryształki lodowe
stale istniejące w atmosferze powyżej pewnej
wysokości.
Chmura może zachować strukturę płynno-kroplistą
nawet w temperaturze znacznie niższej od zera (-20°).
Wówczas kropelki wody będą w stanie przechłodzenia.
Na pewnej wysokości w atmosferze unoszą się w
dostatecznej ilości kryształki lodowe. Nad Europą
warstwa ta latem zaczyna się na wysokości 5-6 km, zimą
zaś leży stosunkowo nisko nad powierzchnią Ziemi.
Jeśli chmura rośnie w kierunku pionowym, może ona
dosięgnąć tej warstwy; wówczas następuje zachwianie
równowagi. Zaczyna się wtedy dyfuzja pary z kropelek na
kryształki i na nich, jako na ośrodkach sublimacji,
zaczynają się tworzyć śnieżynki. Śnieżynki
powiększają swoją objętość i wreszcie spadają na
dół. Latem po drodze topnieją i dają deszcz (niekiedy
z chmur kłębiastych (Cb) - grad), zimą zaś spadają
nie stopione w postaci śniegu lub krupy.
Z chwilą gdy jedne cząsteczki chmury stały się
większe od innych, zaczynają opadać (względem
chmury). Dalszy wzrost ich objętości będzie wynikiem
zderzenia się z innymi cząstkami. Gdy zwykła kropla
deszczu spada przez chmurę, najdrobniejsze kropelki
chmury zostają wraz z powietrzem rozsunięte na boki,
lecz większe zostają złapane przez przednią
powierzchnię spadającej kropli. Również w czasie
spadania kropli, wskutek rozrzedzenia powietrza za
opadającą kroplą, opór powietrza jest mniejszy, tak
że druga kropla, o wymiarach zbliżonych do pierwszej,
wpada szybko w rozrzedzoną strugę i dogania
wyprzedzającą ją kroplę. Tego rodzaju zjawiska
nazywamy wychwytywaniem kropel.
W szerokościach geograficznych wysokich i średnich
poziom zamarzania znajduje się tak nisko, że wiele
chmur sięga obszaru temperatur ujemnych. Tutaj zarodniki
lodowe decydują o zapoczątkowaniu opadu, natomiast
zderzenie się kropel następuje później. W niskich
szerokościach geograficznych tylko nieliczne chmury
sięgają w obszar temperatur zamarzania, więc opad
powstaje w nich wskutek różnic wielkości kropel
chmury. Aby kropla mogła dalej rosnąć do rozmiarów
kropli deszczowych, konieczna jest dostateczna grubość
chmury.
Ś n i e g.
Kropelki wody przechłodzonej znajdującej się
w chmurach mogą w pewnych warunkach przejść w stan
lodu i dać opad na powierzchnię ziemi w postaci
stałej: śniegu, krupy lub gradu. Który z tych trzech
rodzajów opadu powstanie w danych warunkach, zależy od
wilgotności względnej, przy jakiej następuje
kondensacja pary wodnej.
Jeśli prężność pary wodnej zawartej w powietrzu
nieznacznie przekracza prężność pary nasyconej nad
lodem, wówczas tworzą się normalne, pełne kryształy
lodowe. Woda, jak wiadomo, krystalizuje w układzie
heksagonalnym (sześciokątnym). Równomiernie
rozwinięty kryształ lodowy ma postać ostrosłupa. Przy
silniejszym rozwoju wzdłuż osi przybiera on kształt
sześciokątnego słupka, przy silniejszym zaś rozwoju w
kierunku podstawy - kształt blaszki sześciokątnej.
Jeśli zatem prężność pary wodnej nasyconej
przekracza prężność pary wodnej nad lodem, ale nie
jest mniejsza niż prężność pary nasyconej nad wodą,
wówczas kondensacja następuje na narożach kryształów
pełnych. Kryształ będzie więc wzrastał przede
wszystkim na wierzchołkach. Jeśli krystalizacja odbywa
się dalej, kąty kryształu stają się ramionami tak
zwanego szkieletu krystalicznego albo gwiazdki
śniegowej. W dalszym ciągu na narożach ramion gwiazdki
może się odbywać krystalizacja dająca nowe naroża,
na których znowu może się odbyć krystalizacja itd. W
rezultacie powstają formy złożone, zawsze
sześcioramienne o bardzo urozmaiconej kompozycji.
Przy dalszym wzroście przesycenia, gdy prężność pary
nasyconej przekracza maksymalną prężność w stosunku
do wody, wówczas kryształ rośnie nie tylko w
płaszczyźnie symetrii, ale także w innych
płaszczyznach. Powstaje wówczas forma zbliżona do
kuli, tzw. sferokryształ. Opad składający się z tego
rodzaju produktów krystalizacji nazywa się k
r u p ą. Wskutek szybkiego wzrostu
kryształków, spowodowanego znacznym przesyceniem pary
wodnej, powstają w nich napięcia wewnętrzne,
powodujące spękania i szczeliny. W dalszym ciągu
brzegi szczelin wzrastają, tworząc odgałęzienia
dające nowe szczeliny itd. W rezultacie, gdy te
odgałęzienia dostatecznie blisko przylegają jedno do
drugiego, tworzy się kula o strukturze włóknistej,
pokryta drobnymi szczerbkami, które są końcami
poszczególnych odgałęzień. Do ziarn krupy mogą
przymarzać kropelki przechłodzonej wody. Przy nagłym
zamarzaniu wydziela się ciepło utajone topnienia ,
które zwiększa siłę nośną chmury. Dopóki w chmurze
jest jeszcze woda w postaci płynnej, jądro krupy,
podtrzymywane prądem wznoszącego się powietrza, styka
się ciągle z przechłodzonymi kropelkami wody i pokrywa
się warstwami przezroczystych i nieprzezroczystych
powłoczek lodowych. W ten właśnie sposób
najprawdopodobniej powstaje grad.
Grad są to kawałki lodu o kształtach
nieprawidłowych, zwykle kulistych lub jajowatych.
Rozmiary bryłek gradowych najczęściej wahają się od
5 do 15 mm, jakkolwiek nieraz dochodzą do wielkości
pomarańczy.
Niekiedy gradziny wskutek długiego przebywania w strefie
silnych prądów występujących oraz wielokrotnego ich
unoszenia do góry i opadania w dół mogą osiągać
ogromny ciężar, przekraczający 0,5kg. We Francji
zaobserwowano gradziny o ciężarze 0,8kg i 140 mm
średnicy, zaś w Karyntii i Styrii o ciężarem 1kg i
170 mm średnicy. Są to oczywiście przypadki
wyjątkowe. Występowanie gradu w różnych miejscach
jest rozmaite: w jednych grady występują często, w
drugich-rzadziej. Wynika z tego, że o występowaniu
gradu oprócz czynników atmosferycznych decydują także
czynniki ziemskie, jak rzeźba terenu i pokrycie.
Ostatnio zauważono, że na bieg szlaków gradowych ma
wpływ podłoże geologiczne i związany z tym stopień
jonizacji powietrza. Na podłożu granitowym powietrze
jest bardziej zjonizowane i grad występuje częściej
niż na podłożu wapiennym, gdzie jonizacja jest
słabsza i grad pojawia się rzadziej. Znajomość
częstości występowania gradu na danym terenie pozwala
ocenić ryzyko uprawy roślin.
Rosa i szron. Oba te rodzaje osadów
powstają wtedy, gdy przedmioty na powierzchni ziemi (a
od nich przylegające powietrze) tracąc ciepło przez
wypromieniowanie oziębiają się poniżej punktu rosy.
Ilość pary wodnej w powietrzu staje się zbyt duża w
stosunku do obniżonej temperatury, a nadmiar jej skrapla
się i osiada na oziębionych przedmiotach. Jeżeli
temperatura punktu rosy jest większa od 0, powstaje
rosa, jeżeli zaś leży poniżej 0, tworzy się szron,
złożony z kryształków lodu. Rosa w naszym klimacie
daje małe ilości wody (0,1-0,4 mm warstwy wody w ciągu
jednej nocy), w klimatach zaś gorących występuje
obficiej wskutek dużej wilgotności powietrza. Na
intensywność rosy wpływają: pogodne niebo,
przezroczyste powietrze, cisza lub najwyżej słaby
wiatr. Rosa obficiej powstaje w zagłębieniach terenu
niż na wysokościach. Jesienią wskutek większej
zawartości pary wodnej w powietrzu mamy więcej rosy
niż wiosną.
Sadź. Nazwą tą określamy dwa
zjawiska: sadź miękką i sadź twardą. Sadź
miękka powstaje wtedy gdy podczas mgły
składającej się z przechłodzonej wody cząsteczki jej
zetkną się z jakimkolwiek ciałem stałym;
przechłodzona woda zamarza, tworząc na przedmiotach
uwarstwioną masę o znacznej grubości i barwie szarej. Sadź
twarda tworzy się wtedy, gdy po silnych i
długotrwałych mrozach powieje ciepły i wilgotny wiatr.
Wtedy na wyziębionych przedmiotach tworzy się
nieprzezroczysta ziarnista powłoka. Podczas gdy sadź
miękka jest utworem krystalicznym, sadź twarda jest
utworem bezpostaciowym.
Zjawiska sadzi i szronu są do siebie podobne, jednak
istnieje między nimi wyraźna różnica. Sadź może
się utworzyć w dowolnej porze dnia, gdy tymczasem szron
występuje tylko podczas pogodnej nocy. Szron może
osadzić się tylko na nieprzewodnikach, sadź natomiast
osadza się także na metalach. Szron jest właściwy
wszystkim klimatom, sadź zaś występuje tylko w
klimatach bardziej chłodnych - w zimniejszej porze roku.
Gołoledź. Powstaje przy padaniu kropel
przechłodzonego deszczu, który po zetknięciu się z
powierzchnią ziemi, drzewami i innymi przedmiotami
zamarza, tworząc na nich gładką i przezroczystą
powłokę lodową. Gołoledź może powstać także
podczas zwykłego deszczu, gdy pada on po silnych i
długotrwałych mrozach. Przyczyną gołoledzi mogą być
także mgły roszące, opadające na ochłodzone
przedmioty. W pewnych wypadkach gołoledź osadza lód w
tak dużej ilości, że łamią się gałęzie i pnie
drzew, a przewody telefoniczne i elektryczne mogą być
zerwane.
|
