Mikro- ja megamaailma füüsikaMikro- ja megamaailma füüsika : Kastepunkt. Ilm ja kliima

Kastepunkt. Ilm ja kliima

Selle, kui palju veeauru maksimaalselt õhus võib olla, määrab eelkõige temperatuur. Eelneva peatüki näites oli 25°C õhus 1 m3 kohta 15 g veeauru, mis on 65% küllastusest. Kui seesama õhk jahtub, siis jääb absoluutne niiskus samaks, ikka endiselt 15 g/m3. Aga suhteline niiskus enam sama ei ole, sest madalamal temperatuuril on küllastunud auru tihedus väiksem. Näiteks 20°C juures on küllastunud auru tihedus 17,3 g/m3. Suhteline niiskus on nüüd 86,7%. Ilmselgelt saabub temperatuuri edasisel langemisel olukord, kus küllastus ja tegelik auru tihedus on võrdsed. Suhteline niiskus on siis 100%. Kui temperatuur veelgi langeb, siis tekib olukord, kus õhus peaks olema rohkem veeauru, kui seal antud temperatuuril saab olla. Ei ole midagi parata, osa veeaurust peab kondenseeruma vedelaks veeks. Looduses kohtame me seda olukorda üsna tihti, tegemist on udu ja kastega. Temperatuuri, mille juures veeaur hakkab kondenseeruma, nimetatakse kastepunktiks.

Joonis 1.4.1 Sinise joonega on tähistatud küllastunud veeauru tiheduse temperatuurist sõltuvuse graafik, st veeauru absoluutse tiheduse väärtused, mis erinevate temperatuuride korral tähendavad suhtelist niiskust 100%. Punktis A on õhutemperatuur 25°C ja absoluutne õhuniiskus on 10 g/m³. Suhteline niiskus on sel juhul 43,5%. Temperatuuri langedes õhu absoluutne niiskus (õhu tegelik veesisaldus) ei muutu, küll aga suureneb suhteline niiskus. Punktis B on temperatuur 11°C, absoluutne õhuniiskus on endiselt 10 g/m³, aga suhteline niiskus on nüüd 100%. Edasisel jahtumisel osa veeaurust kondenseerub või härmatub. Õhu tegelik veeauru sisaldus väheneb seeläbi, aga suhteline jääb ikka 100%. Kui seesama õhk jahtuks näiteks 0°C, oleks 1 m³ veeauru juba alla 5 g, ja suhteline niiskus ikka 100%. Igast kuupmeetrist oleks kondenseerunud üle 5 g vett.
Joonis 1.4.2 Veepiisad külmal pudelil. Külmad kehad jahutavad lähema õhukihi nii palju maha, et kastepunkt saab ületatud ja piisad tekivad jahedale pinnale. Tegemist on sama nähtusega, mis põhjustab kaste langemist rohule ja lehtedele, kui õhutemperatuur maapinnal kastepunktini langeb. Kui mõni keha on väga külm, siis jõuab ta õhku natuke laiemalt jahutada ja võib näha tekkimas väikest udupilve, mis soojas õhus kiiresti hajub, st tekkinud udupiisad aurustuvad uuesti (joonis 1.2.4.).

Kastepunkti on väga lihtne märgata. Kui suveõhtul paljajalu murul käies tunnete, et varbad saavad märjaks, siis ongi temperatuur maapinnal langenud kastepunktini. Kui õnnestub sel hetkel määrata temperatuur maapinnal, siis see ongi kastepunkt. Kastepunkti kaudu kalibreeritakse tihti õhuniiskuse mõõteriistu, hügromeetreid.

Kui kastepunkt jääb alla 0°C, siis vedelat vett muidugi tekkida ei saa. Ka seda nähtust me tunneme ja armastame. See on härmatumine.

Pilved. Õhuniiskusel on oluline roll pilvede moodustumisel. Väga üldiselt öeldes saavadki pilved moodustuda ainult õhus olevast veeaurust. Pilvede moodustumiseks ja sademete langemiseks on siiski vaja täita mitu tingimust.

A) Õhus peab olema piisavalt veeauru, et kondenseerumine saaks alata (meie kliimas sellest tavaliselt puudust pole).

B) Õhk peab jahtuma alla kastepunkti.

C) Kondenseerumise algamiseks on vaja kondensatsioonituumi. Tuumadeks kõlbavad soolakristallikesed, tolm, tahm, bakterid ja muu õhusaaste. Tuumosakeste puudumisel võib õhk nii palju jahtuda, st suhteline niiskus tõuseb tublisti üle saja protsendi, aga kondenseerumine ei alga.

D) Erinevate pilvede tekke ja sademete seisukohalt on oluline ka jääkristallide teke.

Kui õhk on piisavalt niiske, on pilvede tekkeks vaja jahtumist. See võib toimuda mitmel moel: erinevate õhumasside segunemisel, õhu jahtumisel kiirgumise või aurustumise tõttu, õhu paisumisel. Rünkpilved (mida üldiselt peetakse kõige ilusamaks ja õigemaks pilveliigiks) tekivad tihti just sellest, et niiske õhk tõustes paisub (rõhk langeb) ja seepärast jahtub alla kastepunkti. Seepärast on rünkpilved enamasti altpoolt tasased - sama niiskusega õhumassi tõusmisel saabub kastepunkt ligikaudu samal kõrgusel.

Joonis 1.4.3 Pilvevaatlemine on meteoroloogias tähtis oskus. Kaasaegne pilvemääraja eristab kümme põhiliiki. Lisaks kirjeldatakse pilvede looduslikku mitmekesisust paljude erikujudena ja pilvevormidena. Tähtis on pilvede moodustumise viis ja kõrgus. Pilved pakuvad huvi ka paljudele harrastusmeteoroloogidele ja ilmatarkadele, sest teatud määral võimaldab pilvetundmine lühiajaliselt ilma ennustada.

Kõrbelise kliimaga aladel ei saa sajupilved tekkida just õhu kuivuse tõttu. Kui absoluutne niiskus on väga madal, siis ei vii isegi päris korralik jahtumine kastepunktini, pilvi ei teki ja sademeid ei ole. Kohaliku kliima kujunemisel on olulisemad tegurid õhutemperatuur ja -niiskus, aga ka tuuled, õhurõhk jm. Seepärast päris otsest seost õhuniiskuse ja sademete vahel ei ole. Näiteks maailma kõige kuivemaks kohaks peetavas Atacama kõrbes (Lõuna-Ameerika idarannikul) ei saja peaaegu kunagi, ometi on taevas pilves ja õhk võrreldes teiste kõrbetega suhteliselt niiske. Sademeid arvestatakse seal pikaajalise keskmisena umbes 1 mm aastas, paljudel aastatel ei saja üldse. Eestis sajab tavaliselt 520–820 mm aastas. Atacama vihmapuuduse põhjuseks loetakse ümbritsevate mägede ja püsiva hoovuse mõju õhurõhule ja õhumasside liikumisele. Kuigi seal vihma ei saja, võimaldab niiske õhk mõnikord udu ja kaste tekkimist, millest piisab samblike ja isegi mõnede kaktuste eluspüsimiseks.

Tuleb tunnistada, et kuigi pilvede teket on palju uuritud, ei ole tänaseni lõpuni selged biosfääri ühendite, õhureostuse (sh lennukite heitgaaside) ja kosmilise kiirguse seosed pilvetekkega.

Kokkuvõtteks

Kastepunkt

Õhu jahtumisel suhteline niiskus suureneb. Temperatuuri, mil suhteline niiskus jõuab saja protsendini, nimetatakse kastepunktiks. Kui temperatuur langeb kastepunktist madalamale, hakkab õhus olev veeaur kondenseeruma.

Õhuniiskus ja kliima

Õhuniiskus on oluline näitaja igapäevaelus ja mängib olulist rolli kliima kujunemisel.

Küsimused ja ülesanded

Kas õhu jahtumisel 30°C kuni 20°C ületatakse kastepunkt? Suhteline niiskus enne jahtumist on 60%.
Aurusauna õigeks (heaks) temperatuuriks on umbes 45°C. Kui palju veeauru on aurusauna õhus?
Külma, aga eriti külma ja niiske ilmaga kondenseerub veeaur inimeste ja loomade väljahingatavas õhus. Öeldakse, hingeõhk on näha. Mis tegelikult toimub (küllastumine, kastepunkt)?
Kui teekann pliidil soojeneb, hakkab tilast tihedat valget „auru” tulema. Miks on aur jutumärkides? Mis tegelikult toimub?
Automootorid tossavad, kui nad ei ole päris korras. Suits on siis sinine või veel hullem – see on must. Aga ka täiesti korras ja nõuetele vastaval autol on külma ilmaga valge tossupilv taga. Miks nii?
Pärast pikemat külmaperioodi, esimese sulailmaga lähevad paksult härma kütmata hooned, kivist aiapostid, müürid jms. Miks just need?
Küsimused ja ülesandedLisamaterjalid