Vassdamp

Vassdamp er gassfasen til vatn. På jorda er vassdamp ein av fasane i vasskrinslaupet i hydrosfæren. Vassdamp vert danna ved at flytande vatn fordampar eller ved at is sublimerer. Under normale atmosfæriske forhold vil vatn heile tida fordampe, medan vassdampen kondenserer. Det er ikkje mogeleg å sjå vassdamp direkte med det blotte auget, men ein kan sjå han indirekte, til dømes som bobler i kokande vatn.

Generelle eigenskapar

Fordamping/sublimasjon

Når eit vassmolekyl forlèt ei overflate, seier vi at det har fordampa. Kvart vassmolekyl som vert til vassdamp tar med seg litt energi i form av varme i ein prosess som blir kallar fordampingsavkjøling. Kor mykje vassdamp det er i lufta avgjer kor mange molekyl som vil gå tilbake til overflata, slik at når ein har ei netto fordamping, vil vatnet få ei netto avkjøling på grunn av vassmengda det mistar. Andre forhold i atmosfæren kan derimot avgrense denne fordampingsavkjølinga.

Mengda av vassdamp i lufta vert kalla fukt. Ein kan måle vassdampinnhaldet i lufta med eit hygrometer. Målingane vert uttrykt som spesifikk fukt eller relativ fukt. Temperaturen i atmosfæren og vassdampen avgjer vassdampen sitt likevektstrykk eller mettingstrykk. 100 % relativ fukt har ein når partialtrykket frå vassdampen er likt likevektstrykket til vassdampen. Ein seier då at lufta er metta.

Ei anna form for fordamping er sublimasjon, der is går direkte over til vassdamp, utan å verte flytande vatn først. Her gjeld dei same prinsippa som ved fordamping frå vatn. Når isen har høgare temperatur enn omgivnadane så vil det oppstå sublimasjon. Det er sublimasjon som fører til at is og snø sakte kan forsvinne sjølv om temperaturen er for låg til å kunne smelte dei.

Kondensasjon

Kondensert vassdamp blir til store vassdropar på eit spindelvev.
Foto: Böhringer

Vassdamp vil berre kondensere på ei anna overflate viss temperaturen til overflata er lågare enn temperaturen til vassdampen, eller om lufta er overmetta på vassdamp. Når vassdamp kondenserer på ei flate skjer det ei netto oppvarming av flata fordi vassmolekylet tar med seg varme. Derfor vil lufttemperaturen under kondensasjonsprosessen falle litt. I atmosfæren fører kondensasjon til skyer, tåke og nedbør, men vanlegvis berre viss vassdampen har ei lita kjerne å fordampe på. Temperaturen lufta må avkjølast til for at kondensasjon skal oppstå vert kalla doggpunktet.

Kondensasjon av vassdamp på ei flate vil altså oppstå visst temperaturen til flata er under eller like stor som doggpunkttemperaturen i atmosfæren. Deposisjon er ein type kondensasjon, der vassdamp går direkte frå vassdamp til iskrystallar utan å kondensere til vatn først. Rim og snø er døme på denne prosessen.

Tettleik

Vassdamp er lettare, eller har mindre tettleik, enn luft. Dette fører til at under like temperaturforhold vil vassdampen stige i forhold til lufta.

Utrekning av tettleik ved 0 °C

Den molekylære massen, eller vekta av vatn, er 18,02 g, som er rekna ut frå summen av atommassen til kvart atom. Luft består normalt av 78 % nitrogen, 21 % oksygen og 1 % andre stoff. Medelsmolekylærvekta til tørr luft er om lag 28,57 g ved standard temperatur og trykk (STP). Ved å bruke Avogadro si lov og tilstandslova for gass, vil både vassdamp og luft ha eit molekylært volum på 22,414 l/mol ved standard temperatur og trykk. Dermed er tettleiken til vassdamp 0,804 g/l som er mykje mindre enn tørr luft som er 1,27 g/l ved standard temperatur og trykk.

Merk at for STP-forhold er temperaturen lik 0 °C, og då er fordampingsevna til vatnet svært avgrensa, sidan luft inneheld lite vassdamp ved 0 °C. Mengda aukar derimot ein god del med temperaturen. Tilstandslova for gass kunne like gjerne vore brukt ved 100 °C, men det ville framleis ha vore ein tettleiksskilnad.

Vassdampen medverkar meir til det totale lufttrykket når mengda aukar. Partialtrykket til vassdampen aukar òg, og partialtrykket til dei andre atmosfæriske gassane minkar sidan det totale lufttrykket må vere konstant (Dalton si lov).

Verknadar mellom luft og vassdamp med lik temperatur

Ei luftsøyle utan vassdamp har større tettleik og er tyngre enn ei luftsøyle som inneheld vassdamp, så lenge begge søylene har same temperatur. Så tørr luft vil søkke om ho kjem inn i eit volum med luft som inneheld vassdamp. På same måte vil luft som inneheld vassdamp stige visst ho blir blanda inn i eit volum med tørr luft.

Generelt

Atmosfæren inneheld den mengda vassdamp han gjer på grunn av avgrensingar i forhold til partialtrykket og temperaturen. Doggpunkttemperatur og relativ fukt er retningslinjer for vassdampprosessen i vasskrinslaupet. Tilført energi, som sollys, kan føre til meir fordamping frå havoverflata eller meir sublimasjon frå is og snø. Balansen mellom kondensasjon og fordamping gjev vassdampen sitt partialtrykk (forkorta til vassdamptrykket).

Det maksimale partialtrykket (mettingstrykket) til vassdamp i luft varierer med temperaturen til lufta og vassdampblandinga. Det finst mange empiriske formlar for denne storleiken og den mest brukte referanselikninga er Goff-Gratch si likning for vassdampen sitt mettingstrykk over flytande vatn:


$\log _{10}\left(p\right)=$	$-7.90298\left({\frac {373.16}{T}}-1\right)+5.02808\log _{10}{\frac {373.16}{T}}$
	$-1.3816.10^{-7}\left(10^{11.344(1-{\frac {T}{373.16}})}-1\right)$
	$+8.1328.10^{-3}\left(10^{-3.49149({\frac {373.16}{T}}-1)}-1\right)$
	$+\log _{10}\left(1013.246\right)$

der T temperaturen i fuktig luft, gjeve i eininga Kelvin, og p er trykket gjeve i hPa. Formelen gjeld frå −50 til 102 °C, men det finst svært få målingar av vassdamptrykket over vatn som er underkjølt.

Under spesielle forhold, som når vatn byrjar å koke, vil det skje ei netto fordamping under standard atmosfæriske forhold uansett kva den relative fukta er. Denne prosessen vil spreie store mengder vassdamp inn i ein kjøligare atmosfære.

Med kroppstemperatur er utanda luft nesten heilt i likevekt med vassdamp. I kald luft vil den utanda dampen raskt kondensere, og vise seg som ei lita sky av små vassdropar som kondenserer eller frys på overflater.

Vassdamp i atmosfæren

Det er vanlegvis rundt 1-4 % vassdamp i atmosfæren, men dette varierer stort. Det meste av han finn vi i troposfæren.

Sjølv om det er relativt lite vassdamp i lufta, er han likevel ein svært viktig del av atmosfæren. Vassdamp står for det meste av Jorda sin naturlege drivhuseffekt, som varmar planeten. Vassdamp kan òg kondensere til skyer, som kan både varme og kjøle ned jorda. Vatn i atmosfæren og vêret er begge svært avhengige av, og påverkar, kvarandre.

Tåke og skyer vert danna ved at vassdamp kondenserer på ein kondensasjonskjerne. Utan kondensasjonskjernar må det mykje lågare temperatur til for at kondensasjon skal oppstå. Med vedvarande kondensasjon eller deposisjon kan skydropar eller snøflak dannast, og når desse vert store og tunge nok fell dei ned til overflata som regn eller snø.

Den gjennomsnittlege tida vassdamp held seg i troposfæren er rundt ti dagar. Vassdampen forsvinn frå atmosfæren som regn, vert ført tilbake ved fordamping frå hav, innsjøar og elvar og transpirasjon frå planter og andre biologiske og geologiske prosessar.

Den årlege medla globale konsentrasjonen av vassdamp ville gjeve eit lag på 2,5 cm flytande vatn over heile jorda om alt hadde kondensert på ein gong. Den midla årlege nedbøren på jorda er derimot om lag 1 meter, noko som tyder på rask omsetting av vatnet i lufta.

Radar- og satellittbilete

Sidan vassmolekyl absorberer mikrobølgjer og andre radiobølgjefrekvensar, vert radarsignal svekka av vatn i atmosfæren. I tillegg vil atmosfærisk vatn reflektere og refraktere signala på forskjellige måtar avhengig av om det er damp, flytande vatn eller is.

Generelt vil radarsignal kontinuerleg miste styrke jo lenger dei går gjennom troposfæren. Forskjellige frekvensar vert svekka forskjellig, slik at enkelte luftkomponentar stoggar enkelte frekvensar, men slepp andre gjennom. Radiobølgjer som vert brukt til kringkasting og anna kommunikasjon vert til dømes svekka av denne effekten.

Vassdamp reflekterer radar mindre enn flytande vatn og is. Når ein har dropar og iskrystallar fungerer vatnet som eit prisme.

Kjelde til lyn

Vassdamp har ei nøkkelrolle i danning av lyn i atmosfæren. Skyer genererer statisk elektrisitet i atmosfæren, men evna skyer har til å halde på store mengder elektrisk energi er direkte avhengig av vassdampmengda i skya.

Vassdampen styrer permittiviteten i lufta. Når lufta har låg fukt, oppstår det raskt ei utlading av statisk elektrisitet. Når fukta aukar skjer det færre utladingar, men permittiviteten og kapasitansen fører til at lufta kan produsere større elektriske ladningar før dei vert utlada som lyn.

Etter at ei sky har starta å generere lyn fungerer vassdampen som eit stoff (eller ein isolator) som motverkar utladinga av den elektriske energien. Visst skya held fram med å generere statisk elektrisitet, vil ikkje vassdampen lenger klare å hindre ei utlading. Energien vert utladd mot eit lokalt, motsett ladd område, i form av eit lyn. Styrken på kvar utlading er direkte tilknytt permittiviteten og kapasitansen til atmosfæren i tillegg til kjelda til utladinga.

Sjå òg Van de Graaff-generator.

Utanomjordisk vassdamp

Det klåre lyset frå ein komethale kjem stort sett frå vassdamp. Når ein komet nærmar seg Sola, vil isen mange kometar er bygd opp av sublimere til vassdamp, som så reflekterer lyset frå sola. Når ein veit avstanden frå sola til kometen, kan astronomar rekne ut vassinnhaldet i kometen ut frå kor sterkt han skin. Lyse halar frå ein komet langt borte tyder på sublimasjon av karbonmonoksid.

Forskarar som studerer planeten Mars meiner at om det er vatn i rørsle på planeten, vil det vere vassdamp. Det meste av vatnet på Mars er i form av is på den nordlege polen. Under Mars sin sommar sublimerer denne isen til vassdamp og skapar kanskje massive stormar som transporterer vassdamp mot ekvator.

Sjå òg

Bakgrunnsstoff

Måle vassdamp Arkivert 2003-10-08 ved Wayback Machine.
Rekn ut kondensasjonen frå di eiga utanda luft
Myter om vassdamp
Vassdamp i klimasystemet Arkivert 2007-03-20 ved Wayback Machine.