1 miesiąc temu

Jak to się dzieje, że pada deszcz

Skąd się biorą chmury i opady? Czy deszcz pada tylko na Ziemi?

Zdjęcie: Reza Shayestehpour | unsplash

Zdjęcie: Reza Shayestehpour | unsplash

Zacznijmy od wiadomości podstawowych – deszcz jest rodzajem ciekłych opadów, w przeciwieństwie do śniegu, gradu i deszczu ze śniegiem.

Wszystko zaczyna się od parowania wody znajdującej się na powierzchni Ziemi – rzek, jezior, mórz i wód gruntowych, w temperaturze powyżej 0 stopni. Następnie w wyniku kondensacji pary wodnej z powietrza, krople, które są wystarczająco ciężkie spadają, często docierając aż na samą powierzchnię.

Opady są również ważnym elementem cyklu hydrologicznego. Jest to termin używany do opisania ciągłego ruchu wody nad i pod ziemią, który obejmuje większość słodkich wód na naszej planecie.

Źródło: pfozw.org.pl

Źródło: pfozw.org.pl

Deszcz występuje wtedy, gdy zajdą dwa podstawowe procesy: nasycenia i kondensacji.

Nasycenie

Nasycenie zachodzi, gdy „niewidzialna” wilgoć w powietrzu (para wodna) jest zmuszona do łączenia się w mikroskopowe cząsteczki tworząc drobne widoczne kropelki. Ilość wilgoci w powietrzu jest obserwowana i mierzona, ilości pary wodnej, którą powietrze może „pomieścić” w danej temperaturze jest dokładnie określona.

Ile pary wodnej może zawierać „porcja” powietrze, zanim zostanie ono nasycone do stopnia, gdy zaczną tworzyć się i formować chmury lub skupiska wody zależy od temperatury. Cieplejsze powietrze może zmieścić więcej pary wodnej niż chłodniejsze.

Wykres h-x dla wilgotnego powietrza, nazywany wykresem Molliera. Źródło: wikipedia

Wykres h-x dla wilgotnego powietrza, nazywany wykresem Molliera. Źródło: wikipedia

Kondensacja

Kondensacja zachodzi w momencie, gdy powietrze zostaje schłodzone do tzw. „punktu rosy„, w którym para wodna zostanie nasycona – poniżej tej temperatury para stanie się przesycona i zacznie się skraplać. Gdy krople wody łączą się w większe skupiska – zazwyczaj w wyniku cyrkulacji powietrza, po jakimś czasie stają się na tyle ciężkie, by pokonać opór powietrza i spaść na ziemię.

Zależność temperatury punktu rosy (dew point) od temperatury i wilgotności. Źródło: wikipedia

Zależność temperatury punktu rosy (dew point) od temperatury i wilgotności. Źródło: wikipedia

Deszcz a zmiany klimatu

Deszcz jest głównym źródłem słodkiej wody dla większości obszarów świata, zapewniając odpowiednie warunki dla wszystkich ekosystemów.

W procesie kondensacji istotną rolę odgrywa temperatura powietrza. W miarę stopniowego podwyższania się globalnej temperatury powietrza zmianie ulega również rozkład opadów.

Wzrost emisji dwutlenku węgla doprowadził do zwiększenia rocznych temperatur na całym świecie, co prowadzi do silniejszego parowania i wytrącania się wody z powietrza, powodując tym samym ekstremalne zjawiska pogodowe.

Na szerokości geograficznej 30° na półkuli północnej w ciągu ostatniego stulecia opady wzrosły, podczas gdy analogicznie zmalały one nad powierzchnią obszarów tropikach (od 1970 roku). I choć nie powoduje to zmiany w skali globalnej różnice regionalne zostały widocznie zarysowane.

Wschodnia części Ameryki Północnej i Południowej, północna Europa oraz północna i środkowa Azja stały się w efekcie bardziej wilgotne. Inne regiony, takie jak Sahel (wzdłuż południowych obrzeży Sahary), basen Morza Śródziemnego, południowa Afryka i część południowej Azji stały się natomiast bardziej suche.

Odnotowano również wzrost liczby ciężkich burz i susz na wielu obszarach w minionym stuleciu. W tropikalnych i subtropikalnych regionach nastąpił także wzrost częstości występowania susz (od 1970 roku).

Roczna ilość opadów na świecie. Źródło: earth.rice.edu

Roczna ilość opadów na świecie. Źródło: earth.rice.edu

Jak wygląda deszcz na innych planetach?

Wbrew temu, co mogłoby się wydawać Ziemia nie jest jedyną planetą, gdzie występuje deszcz. Na innych obiektach w Układzie Słonecznym, również występują płynne opady, choć rzadko wody.

Na Wenus regularnie występuje deszcz kwasu siarkowego.

Ten kwaśny opad powstaje wysoko w atmosferze, gdzie prędkość wiatru osiąga do 360 km/h. Gdy kropelki osiągną niższe warstwy atmosfery wyparowują natychmiast, ze względu na ekstremalne temperatury – powyżej 460°C. Deszcz nigdy nie dociera do powierzchni, która jest bardzo sucha i stopiona.

Na księżycu Saturna, Tytanie, pada deszcz metanu.

Jak wykazały dowody dostarczone przez misję Cassini-Huygens, księżyc ten  ma aktywny cykl hydrologiczny. Tyle że jest to cykl ciekłego węglowodoru a nie wody. Ciekły metan odparowuje na powierzchni, gromadzi się w atmosferze, a następnie powraca na powierzchnię jako sezonowe deszcze.

W ostatnich latach naukowcy uzyskali dowody, że na Jowiszu i Saturnie mogą wystąpić deszcze ciekłego helu.

Ze względu na ekstremalne warunki ciśnienia, które panują wewnątrz tych gigantów, gazy zostają skompresowane do ciekłej postaci.

„Diamentowy deszcz”, którego występowanie zakłada się na wszystkich gazowych olbrzymach.

Jowisz, Saturn, Uran i Neptun wszystkie posiadają metan w swym wnętrzu. Ze względu na ekstremalne warunki ciśnienia te węglowodory są kompresowane aż do momentu, gdy przybiorą formę rzeczywistego diamentu.

Na słońcu występuje natomiast „deszcz koronalny”.

Powstaje gdy słońce wyrzuca w przestrzeń plazmę. Gdy materiał schłodzi się nieco w przestrzeni opada z powrotem. Dodatkowo zamiast spadać prosto w dół plazmowy deszcz wydaje się podążać ścieżką niewidzialnych linii pola magnetycznego gwiazdy.

Na odległej HD 189733b pada deszcz ciekłego szkła.

HD 189733b to ogromny gazowy olbrzym, który krąży bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej HD 189733. Atmosfera planety jest niezwykle ciepła, temperatury przekraczają ponad 1000°C i pada deszcz szkła… bokiem. Przy wiatrach dochodzących do 7000 kilometrów na godzinę, nie jest w stanie spadać pionowo w dół.

Na Ziemi deszcz przybiera formę wody i jest nieodłączną częścią naszego cyklu hydrologicznego. W innych światach deszcz może przyjąć zupełnie odmienną formę, ale nadal opady będą mieć istotne znaczenie dla planety.

Ze względu na zmieniające się temperatury, nasycenie i koalescencję, to co idzie do górę musi kiedyś w końcu opaść.