Para wodna

W powietrzu atmosferycznym podstawową rolę odgrywa woda w postaci pary wodnej. Przedostaje się ona do atmosfery w wyniku parowania z powierzchni wodnych, lądowych i transpiracji roślin. Pewną ilość pary wodnej otrzymuje atmosfera również dzięki sublimacji pokrywy śnieżnej i lodowej oraz parowaniu wody opadowej zatrzymywanej na roślinach. W atmosferze parują ponadto cząsteczki chmur i mgieł.

Powierzchnie mórz i oceanów dostarczają rocznie do atmosfery około 86%, a lądy około 14% pary wodnej. W procesie wymiany pary wodnej między powierzchnią Ziemi a atmosferą zdecydowanie przeważa strumień skierowany ku górze. Dlatego o zawartości pary wodnej w przyziemnej warstwie powietrza, czyli o jego wilgotności, decyduje głównie rodzaj powierzchni parującej oraz intensywność pionowego i poziomego przemieszczania się tej pary związana z warunkami meteorologicznymi, a zwłaszcza z temperaturą i wilgotnością powietrza oraz prędkością wiatru.

Szczególnie znaczenia pary wodnej w powietrzu polega na jej zdolności do przemian fazowych. Ta właściwość wody warunkuje wiele ważnych procesów fizycznych w atmosferze i glebie, choć procentowo para wodna zajmuje wśród głównych składników gazowych powietrza dalsze miejsce. Nader istotne znaczenie odgrywa przy tym fakt, że zmianom stanu skupienia wody towarzyszy wydzielanie się lub pobieranie dużych ilości ciepła z otoczenia. Transport pary wodnej do atmosfery odbywa się głównie w wyniku turbulencji i konwekcji. Istotną rolę odgrywa również adwekcja; wilgotne masy powietrza mogą przenosić parę wodną w kierunku poziomym na znaczne odległości, na przykład z obszarów oceanicznych na ląd.

Duże znaczenie ma również temperatura warunkująca stan nasycenia powietrza parą wodną. Para wodna, jak każdy inny gaz, wywiera ciśnienie. Zgodnie z prawem Daltona ciśnienie cząsteczkowe gazu, a zatem i pary wodnej, jest niezależne od innych gazów; przeto zawartość pary wodnej w powietrzu można określać za pomocą pomiaru jej ciśnienia. Określona przestrzeń (objętość powietrza) może pomieścić przy danej temperaturze ściśle określoną ilość pary wodnej. Parę wodną, która w tej przestrzeni (objętości powietrza) osiągnie przy danej temperaturze najwyższe ciśnienie, nazywamy parą wodną nasyconą, a jej ciśnienie - ciśnieniem pary nasyconej. Po osiągnięciu stanu nasycenia dalszy dopływ pary wodnej do określonej objętości powietrza przy tej samej temperaturze lub też obniżanie się temperatury bez dopływu nowych ilości pary wodnej powoduje skraplanie się pary wodnej. Również para nienasycona może stać się nasyconą i ulec skraplaniu pod wpływem odpowiedniego spadku temperatury. Zatem ciśnienie pary wodnej może mieć w określonej temperaturze tylko jedną maksymalną wartość, mianowicie wartość pary nasyconej