Ūdens mainās starp cietu, šķidru un gāzveida stāvokli, bet neatstāj Zemes virsmas vai atmosfēras robežas. Ūdens mainās bezgala ciklu nokrišņu, iztvaikošanas un kondensācijas rezultātā. Kondensējoties ūdens tvaikiem, tie no gāzes mainās uz šķidrumu.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Ūdens gāzveida stāvoklī tiek saukts par ūdens tvaiku. Kondensējoties ūdens tvaikiem, molekulas atdziest un pārvēršas šķidrā stāvoklī.
Fāžu izmaiņas un enerģijas pārnese
Kad ūdens mainās no viens matērijas stāvoklis citam, molekulas izkliedējas vai pārvietojas ciešāk kopā. Ledū esošās ūdens molekulas ir iepakotas cieši kopā, bet šķidrā ūdenī atrodas tālāk viena no otras. Ūdens tvaikos esošās molekulas ir vēl vairāk izkliedētas. Cietajam ledum ir vislielākais blīvums un ūdens tvaikiem ir viszemākais blīvums.
Blīvuma maiņu papildina a enerģijas atbrīvošana kad molekulas pārvietojas tuvāk viena otrai, piemēram, kad gāze kļūst par šķidrumu vai šķidrums kļūst par cietu. Kad ūdens mainās no cietas vielas uz šķidrumu vai no šķidruma par gāzi, tas mainās absorbē enerģiju no vides un molekulas izkliedējas.
Ūdens cikls
Ūdens cikls ļauj Zemei saglabāt ūdens piegādi. Karstums izraisa šķidru ūdeni uz Zemes virsmas iztvaicē un mainīties uz gāzveida ūdens tvaiki. Lielākā daļa ūdens tvaiku atmosfērā iztvaiko no ūdenstilpēm, īpaši no okeāniem. Iztvaikošana notiek ātrāk, paaugstinoties temperatūrai.
Mitrums ir ūdens tvaiku daudzums gaisā. Kad ūdens tvaiki gaisā atdziest, rodas iztvaikošanas pretstats: kondensāts. Kondensāta definīcija ir ūdens maiņa no gāzes uz šķidrumu. Kondensācija ļauj veidot mākoņus.
Mākoņi satur šķidras ūdens pilītes un cietus ledus kristālus. Vēsāka temperatūra lielā augstumā vairāk kondensējas ūdens tvaikos. Ūdens tvaiki kondensējas uz nelielām drupu daļiņām gaisā, kas pēc tam saduras ar citiem tuvumā esošiem kondensētiem pilieniem. Galu galā šo ūdens pilienu sadursmes spēks izraisa nokrišņi nokrist no mākoņiem uz zemes un savākties ūdenstilpēs.
Ūdens tvaiki kondensējas
Procesu, kurā ūdens tvaiki pārvēršas šķidrumā, sauc par kondensāciju. Gāzveida ūdens molekulas atbrīvo enerģiju vēsākajā gaisā ap tām un pārvietojas tuvāk viena otrai. Atstarpes starp molekulām samazinās, līdz tās ir pietiekami tuvu, lai no gāzes mainītos par šķidrumu.
Kad gaiss ir siltāks par zemi, ūdens tvaiki kondensējas uz zemes virsmām, veidojoties rasa. Temperatūru, kad veidojas rasa, sauc par kušanas temperatūra. Līdzīgs efekts rodas uz auksta dzēriena ārējās virsmas, kad gaisa temperatūra ir augstāka par glāzē esošo ūdeni.
Ūdens kondensācija ne vienmēr rada mākoņu veidošanos lielā augstumā. Ūdens kondensējas ikreiz, kad ūdens tvaiks atdziest līdz temperatūrai, kas ir zemāka par iztvaikošanas punktu. Kondensāts notiek netālu no zemes, kad silts, mitrs gaiss satiekas ar vēsāku zemi vai ūdeni migla, kas ir kā mākoņi, kas uzkrājas zemes līmenī. Migla veidojas, kad gaisa temperatūra ir vienāda ar rasas punktu.
Pēc ūdens kondensēšanās
Daļa ūdens kondensāta tvaiku atmosfērā tiek uzglabāta mākoņos. Mākoņi biežāk veidojas, ja gaiss ir mitrs un satur vairāk ūdens tvaiku. Tiek saukta enerģija, kas izdalās, kondensējoties gāzveida ūdens tvaikiem, veidojot šķidru ūdens pilienu latentais karstums. Latentais kondensācijas siltums izraisa gaisa temperatūras paaugstināšanos ap ūdens pilieniņiem.
Siltāks gaiss paceļas, izraisot ūdens tvaiku kondensāciju, satiekoties ar vēsāku gaisu augstākā augstumā. Kad vairāk ūdens tvaiku kondensējas, palielinās mākoņu daudzums un palielinās nokrišņu iespējamība. Nestabilitāte rodas, kad mākoņi palielinās augstumā un tos ieskauj siltāks gaiss. Šie apstākļi var izraisīt pērkona negaisu.
Šķidrums vai sasalis ūdens nokrīt uz virsmas kā nokrišņi. To var uzglabāt kā cietas daļiņas sniegā vai ledū vai kā šķidrumu ūdenstilpēs. Tas paliek uzglabāšanā, līdz tas sasniedz temperatūru, kad notiek iztvaikošana, turpinot ciklu.