Fasar og fasahvörf
Raki í lofthjúpnum I-II
Um raka í lofthjúpnum
Rigning, snjór, ský, þoka, hrím, ís. Þegar talað er um veður kemur vatn í ýmsu formi nær alltaf við sögu. Ef það sést ekki er fjarverunnar meira að segja oftast getið sérstaklega, það er þurrt (ekkert vatn fellur) eða heiðskírt (engir vatnsdropar eða ískristallar skyggja á himininn). Vatn er óvenjulegt efni og fasabreytingar þess (ís, vatn, eimur) eru meðal undirstöðuþátta veðrakerfis jarðar. Lýsing vatnsins verður látin efnafræðingum eftir en nauðsynlegt er að líta á atriði sem verulegu máli skipta fyrir veður og veðráttu.
Töflur um samsetningu lofthjúpsins andrúmsloftsins sleppa oft vatnsgufunni, þær vandaðri geta þess þó að hlutföllin eigi við þurrt loft. Ástæða þess að vatnsgufunni er yfirleitt sleppt er sú að hún er hið eina þessara efna sem er mjög misdreift bæði í tíma og rúmi. Hlutfall hinna er hið sama, nærri hvar og hvenær sem er (ef við sleppum snefilefnum og jarðfræðilegum tímalengdum). Langmest er af vatni (sem lofttegund) næst yfirborði jarðar og getur hlutþrýstingur eims þar verið allt að 3 til 5% af heildarþrýstingi en er vel innan við 2% að meðaltali og vart mælanlegur þar minnst er af eim.
Fasar og fasahvörf
Vatn er í gufuhvolfinu í þremur fösum, sem fast efni, vökvi og lofttegund, auk þess er vatn í heimshöfunum, ám og stöðuvötnum, jöklum, hafís og neðanjarðar. Hér eru orðin eimur og vatnsgufa notuð jöfnum höndum yfir vatn sem lofttegund, en gufa heldur sinni venjulegu merkingu (safn örsmárra, en þó sýnilegra vatnsdropa). Eimur er ósýnilegur. Vonandi skilst af samhenginu hverju sinni hvort verið er að tala um efnið vatn (H2O) eða einungis um hið fljótandi form þess.
Á milli hinna þriggja mismunandi fasa vatnsins eru sex möguleg fasahvörf:
vökvi -> lofttegund - vatnsgufa - eimur (uppgufun) (evaporation)
lofttegund -> vökva - vatn (þétting) (condensation)
fast -> fljótandi - vatn (bráðnun) (melting)
vökvi -> fast - ís (frysting, kristallamyndun) (fusion - freezing)
fast -> lofttegund - eimur (þurrgufun) (sublimation)
lofttegund -> fast - ís (hélun - sértilvik af þéttingu) (deposition)
Mörkin á milli fasta formsins og þess fljótandi nefnast frostmark. Núllpunktur selsíus-hitakvarðans er settur við frostmarkið. Ef vatn frýs breytist það ekki bara úr fljótandi í fast, heldur vex rúmmál þess og eðlismassi minnkar (úr 0,99984 kg/l í 0,917 kg/l (kíló í lítra)).
Hreint vatn hefur þann makalausa eiginleika að rúmmál þess er minnst við 4°C. Það þýðir einnig að eðlismassi þess er mestur við 4° (1,0 kg/l). Eðlismassi bæði hlýrra og kaldara vatns er lægri en þetta. Ef vatnið er ekki hreint, heldur inniheldur önnur efni uppleyst í því, lækkar frostmarkið. Venjulegur saltur sjór frýs því ekki fyrr en í 1,8° frosti. Seltan hækkar eðlismassa vatnsins.
Úr Veðurbók Trausta Jónssonar
Skylt efni er að finna í næstu fróðleiksgrein um raka í lofthjúpnum.
