Vesihöyry

Vesihöyry on kasvihuonekaasu eli ilmakehässä se voimistaa kasvihuoneilmiötä. Maan ilmakehässä on vesihöyryä hyvin vaihteleva määrä eri alueilla ja aikoina, mutta yleisesti 0,2 % eli 1,3 × 10¹⁶ kg.[1]

Vesihöyryn arvioidaan aiheuttavan kasvihuoneilmiöstä noin 36–70 %. Vesihöyryn elinikä ilmakehässä on kuitenkin todella lyhyt, noin 7–10 päivää. Tästä seuraa, että ihminen ei toiminnallaan suoraan lisää ilmakehän vesihöyrypitoisuutta, vaikka pitoisuudet voivat muuttua ilmaston lämpenemisen seurauksena. Joidenkin yhdysvaltalaisten tutkijoiden mukaan ilmakehän kosteuspitoisuus on kasvanut 0,41 kg/m³ vuosikymmenessä sitten vuoden 1988.[2]

Eräiden arvioiden mukaan vesihöyry aiheuttaa kirkkaana päivänä 60–70 % ja hiilidioksidi 20–25 % maan kasvihuoneilmiöstä.[3][4][5]

Maan ilmakehän vesipitoisuuden vaikutus kasvihuoneilmiöön noudattaa havaintojen mukaan suunnilleen kaavaa:

${\displaystyle T_{g}-T_{e}=14,817\ln(W_{c})-4,7318,}$

missä ${\displaystyle T_{g}}$ kasvihuoneilmiön mukainen lämpötila, ${\displaystyle T_{e}}$ lämpötila ilman kasvihuoneilmiötä. Vesipitoisuudella ${\displaystyle W_{c}}$ tarkoitetaan tässä vesihöyryn määrää maanpinnan ja 300 mbar painepinnan välillä 10¹² tonneina.[6] ${\displaystyle \ln }$ on luonnollinen logaritmi.

Joutkut tutkijat olettavat, että jos lämpötila Maan ja nimenomaan merien pinnalla kasvaisi kyllin suureksi, vesihöyryn aiheuttama kasvihuoneilmiö alkaisi voimistaa itseään ja karkaisi käsistä. Lämpötilan nousu haihduttaisi vettä vesihöyryksi kasvihuoneilmiötä voimistamaan, mikä nostaisi lämpötilaa, mikä taas lisäisi veden haihtumista ja kasvihuoneilmiötä ja niin edelleen.

Merivesien lämpötilojen ollessa yli 27 astetta, merivedet haihtuvat niin rajusti, että siihen sitoutunut lämpö luo hurrikaaneja. Maan valtamerien pinnan keskilämpötila on nyt 10 °C. Jos se olisi 27 °C, kasvihuone-ilmiö karkaisi käsistä.[7] Maan vesistöjen pintalämpötila on korkeimmilaan 30,5 °C.[8]

Väitetään, että joillain valtamerien kosteilla, yli 70 % suhteellisen kosteuden 9 km:n korkeudessa olevilla alueilla tapahtuisi paikallista karkaavaa kasvihuone-ilmiötä, jota ympäröivät kuivat alueet tasoittavat.

Ilman absoluuttinen kosteus tarkoittaa vesihöyryn massaa tarkasteltavassa tilavuudessa. Yksikkö voi olla esimerkiksi g/m³. Nimitys absoluuttinen kosteus on sikäli harhaanjohtava, että lukuarvo on lämpötilasta riippuvainen. Usein absoluuttisesta kosteudesta puhuttaessa tarkoitetaankin vesihöyryn ja kuivan ilman massojen sekoitussuhdetta.

Ilman suhteellinen kosteus tarkoittaa ilman sisältämän vesihöyryn määrän suhdetta suurimpaan mahdolliseen määrään jonka ilma voi kyseisessä lämpötilassa sisältää. Kun ilma on täysin kyllästetty vesihöyryllä suhde on 100 %. Suhteellinen kosteus ilmaistaan prosentteina (%). Ilmakehässä pieni ylikyllästystilakin on mahdollinen, mikäli sopivia tiivistymisytimiä ei ole tarjolla sumu- tai pilvipisaroiden muodostumiselle.

Kaasun osapaineella tarkoitetaan kaasun painetta kaasuseoksessa, jonka kokonaispaine muodostuu sen kaikkien kaasujen paineiden summasta. SI-järjestelmässä osapaineen yksikkö on pascal (Pa).

Vesihöyryn diffuusio on lähinnä muun muassa rakennustekniikassa käytettävä termi, joka tarkoittaa höyrymolekyylien satunnaista liikkumista huokoisen aineen huokosissa. Diffuusio pyrkii tasoittamaan vesihöyryn paine-eroja höyryn siirtyessä pienempään paineeseen päin.

Vesihöyryn konvektio tarkoittaa vesihöyryn siirtymistä osapaine-eron vaikutuksesta aukoissa, joissa ei ole rakenteellista estettä. Koska ilma virtaa aina alenevan kokonaispaineen suuntaan, saattaa höyryn osapaine-eroa suurempi kokonaispaine-ero muuttaa virtauksen suuntaa. Termiä käytetään rakennustekniikassa.

Vesihöyryn läpäisevyys on muun muassa rakennustekniikassa käytettävä termi, jolla tarkoitetaan aineen kykyä läpäistä vesihöyryä diffuusiolla. Mitä suurempi läpäisevyys, sitä pienempi höyrynvastus, jolloin vesihöyry siirtyy helpommin aineen läpi. Vesihöyryn läpäisevyyden yksikkö on kg/m s Pa.

Kylläinen höyry on kaasuuntunutta vettä kastepisteen lämpötilassa. Lämpötilan laskiessa höyry alkaa välittömästi tiivistyä vedeksi.

Tulistettu höyry on tilanteen painetta vastaavaa höyrystymispistettä korkeammassa lämpötilassa. Tulistettua höyryä syntyy kuumentamalla kylläistä höyryä. Tulistettu höyry voi luovuttaa lämpöä ennen kuin alkaa tiivistyä nesteeksi. Jäähdyttyään riittävästi tulistettu höyry muuttuu kylläiseksi. Tulistettua vesihöyryä käytetään esimerkiksi voimalaitosten höyryturbiineissa. Tulistuksen idea on siinä, että vesi -olomuodosta riippumatta- sitoo runsaasti lämpöenergiaa hyödynnettäväksi myöhemmin.