Das Einatmen weißer Luft im Winter liegt doch nur an der Kälte, oder? In der Antarktis gibt es keine weiße Luft!

In den letzten Tagen sind die Temperaturen kontinuierlich gesunken und in den meisten Teilen des Landes herrscht nun „Schnellgefriermodus“. Auch in einigen Städten im Süden hat es geschneit. Freunde im Süden können endlich den Schnee beobachten, ohne online zu gehen!

Bildquelle: Freundeskreis der Redaktion

Aber wenn es kalt wird, erscheint weiße Luft, wenn Sie gähnen, sprechen oder sogar atmen. Weiße Luft scheint zu einem Symbol für Winter und Kälte geworden zu sein. Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum wir im Winter weißen Atem ausatmen, im Sommer aber nicht? Atmet man umso mehr weiße Luft aus, je kälter es ist?

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Die Antarktis kann keine weiße Luft ausatmen

Wenn wir den Zusammenhang zwischen weißer Luft und Kälte verstehen möchten, können wir an den kältesten Ort der Erde reisen – die Antarktis –, um die Antwort zu finden. Obwohl wir keine Möglichkeit haben, die Antarktis persönlich zu besuchen, können wir in Filmen und Fernseharbeiten einen Blick auf Hinweise erhaschen. In der Fernsehserie „Antarctica“ beispielsweise scheinen die Protagonisten keinen weißen Atem auszuatmen. Könnte es sein, dass diese Fernsehserie nicht in der Antarktis gedreht wurde? Dies ist nicht der Fall. Während der wissenschaftlichen Antarktisexpedition können die Mitglieder des Expeditionsteams ihren weißen Atem oft nicht ausatmen. Warum ist das so?

Bildquelle: Standbild aus der Fernsehserie „Antarctica“. Dies beginnt mit der Ursache der weißen Gase. Das Wesentliche des Weißgases sind Flüssigkeitströpfchen, die durch Kondensation von Wasserdampf entstehen . Unsere Körpertemperatur liegt bei etwa 37 Grad. Die Wintertemperatur unterscheidet sich stark von der Temperatur des Gases, das wir ausatmen. Das ausgeatmete Gas enthält viel Wasserdampf, der sofort abkühlt und zu kleinen Tröpfchen kondensiert, die das bilden, was wir „weißes Gas“ nennen. Zur Kondensation von Wasserdampf sind allerdings Kondensationskeime erforderlich , bei denen es sich um verschiedene kleine Feststoffteilchen handelt. An den kleinen Partikeln adsorbierter Wasserdampf kann schneller zu flüssigem Wasser kondensieren. Die Luft in der Antarktis ist sehr sauber und es gibt nur wenige Kondensationskerne, sodass sich kaum sofort Tröpfchen bilden können . Wenn der Wasserdampf nicht schnell kondensiert, diffundiert er in die Umgebungsluft. Wasserdampf mit geringer Dichte lässt sich schwerer kondensieren, daher ist keine „weiße Luft“ zu sehen.

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Die drei Formen des Wassers

Wir können uns das Phasendiagramm des Wassers genauer ansehen. Jeder Punkt im Phasendiagramm stellt den Zustand von Wasser dar, wenn es bei der entsprechenden Temperatur und dem entsprechenden Druck stabil existiert. Der Partialdruck des Wasserdampfs, den wir ausatmen, liegt im Allgemeinen zwischen 0,6 kPa und 101 kPa. Bei sinkender Temperatur verschiebt sich der Phasenpunkt des Wasserdampfs nach links und es entsteht flüssiges Wasser .

Wenn jedoch keine Kondensationskerne in der Luft vorhanden sind, gelangt der Wasserdampf vorübergehend in einen „unterkühlten“ Zustand. Wenn zu diesem Zeitpunkt plötzlich Kondensationskeime entstehen, verflüssigt sich der Wasserdampf schnell und es bilden sich zahlreiche Tröpfchen. Wenn der Wasserdampf jedoch diffundiert , bevor die Kondensationskerne entstehen, und der Druck unter 0,6 kPa fällt, kondensiert er nicht mehr zu flüssigem Wasser . Selbst wenn die Temperatur weiter sinkt, kondensiert der Wasserdampf direkt zu festem Eis und es entsteht kein weißes Gas.

Phasendiagramm von Wasser

Bildquelle: Stimme der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Wenn der Wasserdampfdruck in der Luft unter 0,6 kPa liegt , kondensiert der Wasserdampf direkt und es bilden sich Eiskristalle . Die Winter im Norden sind im Allgemeinen trocken. Wenn die Außentemperatur sehr niedrig ist, kondensiert der Wasserdampf im Haus direkt, wenn er auf die Fenster mit niedriger Temperatur trifft, und es bilden sich wunderschöne Eisblumen.

Auch der Schnee im Winter entsteht in der Natur durch die direkte Kondensation von Wasserdampf. Wenn Sie hineinzoomen, werden Sie feststellen, dass die Schneeflocken wunderschöne Sechsecke sind. Dies ist die Struktur, die auf natürliche Weise entsteht, wenn Wasserdampf kondensiert, und sie ist ein Meisterwerk des Niederdruck-Wasserdampfs.

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Wenn der Druck des Wasserdampfs in der Luft höher als 0,6 kPa ist , bildet der Wasserdampf beim Abkühlen Tröpfchen . Wenn es sich am hohen Himmel befindet, sind es die Wolken, die wir kennen; wenn er tief am Himmel hängt, handelt es sich um das, was wir Nebel nennen. Mit anderen Worten: Die weiße Luft, die wir ausatmen, und Wolken und Nebel sind im Wesentlichen dasselbe.

Im Allgemeinen ist es morgens nebelig, da die Temperatur nachts niedriger ist. Befindet sich mehr Wasserdampf in der Luft, kondensiert dieser zu Nebel. Nachdem die Sonne herausgekommen ist, steigt die Temperatur allmählich an und der nachts gebildete Nebel löst sich langsam auf und verdunstet wieder zu Wasserdampf.

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Vor- und Nachteile von Kondensationskernen

Wenn wir das Prinzip der Kondensationskerne kennen, können wir Kondensationskerne nutzen, um schneller Tröpfchen zu erzeugen. Durch die Verbreitung geeigneter Kondensationskerne oder anderer Katalysatoren in den Wolken können die Tröpfchen in den Wolken schneller wachsen und herabfallen, was als künstlicher Niederschlag bezeichnet wird. Der Prozess des künstlichen Niederschlags ist eigentlich ziemlich kompliziert, aber einer der sehr wichtigen Faktoren ist die Erhöhung der Kondensationskerne . Es ist jedoch zu beachten, dass diese Methode zur Erhöhung der Kondensationskerne den Prozess der Wolkenverwandlung in Regen lediglich beschleunigt . Wenn die Wolken selbst nicht das Potenzial haben, Regentropfen zu bilden, ist das Hinzufügen weiterer Kondensationskerne sinnlos.

Bildquelle: Photo Network

Kondensationskerne können uns zwar von Nutzen sein, unbeabsichtigt erzeugte Kondensationskerne können uns jedoch auch Probleme bereiten. Autoabgase, Fabrikabgase usw. enthalten eine große Anzahl von Kondensationskernen, die das bilden, was wir Smog nennen. Tatsächlich sind Nebel und Dunst zwei verschiedene Dinge. Nebel besteht aus kleinen Tröpfchen in der Luft , die Wasser und andere Flüssigkeiten enthalten, während Dunst aus festen Partikeln in der Luft besteht .

Generell gilt, dass kleinere Partikel länger in der Luft bleiben und vom menschlichen Körper leichter eingeatmet werden . Um die Luftverschmutzung zu kontrollieren, hat das Land Standards für verschiedene Schadstoffe festgelegt. Beispielsweise bezieht sich PM2,5 auf Feinpartikel in der Luft mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern und das entsprechende PM10 auf Partikel in der Luft mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikrometern. Das heißt, PM10 umfasst PM2,5.

Bildquelle: Photo Network

Diese Partikel sind „Nebenprodukte“ des Entwicklungsprozesses. Dass es in der Antarktis im Vergleich dazu keine weiße Luft gibt, ist auf die hervorragende Luftqualität zurückzuführen. Dank wirksamer Regierungsführung hat sich die Luftqualität in den letzten Jahren schrittweise verbessert. Ich glaube, dass die Luftverschmutzung lediglich ein Wachstumsschmerz im Entwicklungsprozess ist. Wenn Sie im kalten Winter eines Tages die weiße Luft nicht wie gewohnt ausatmen können, ist das die beste Rückmeldung, die uns die Natur nach der Schadstoffbekämpfung gibt!

Autor: Jiang Chang, PhD, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Herausgeber: Tinker Bell

Quelle des Titelbildes: sohu.com