Termofysiikan perusteet, Ismo Napari ja Hanna Vehkamäki, 2013.

60 LUKU 4. TERMODYNAMIIKAN TOINEN PÄÄSÄÄNTÖjos ne ovat kooltaan suuria, halkaisijaltaan satoja nanometrejä tai enemmän.Kaasumolekyylejä on kuutiosenttimetrissä 10 19 kappaletta, nestemäisiä taikiinteitä hiukkasia tyypillisesti muutamia tuhansia. Hiukkaset vaikuttavat ilmakehänsäteilytasapainoon suoraan sirottamalla ja absorboimalla auringonvaloa ja maasta tulevaa lämpösäteilyä. Vielä merkittävämpi on hiukkastenepäsuora vaikutus, sillä ne toimivat pilvien tiivistymisytiminä. Jokaisessa pilvipisarassaon paitsi vettä, myös pieni määrä muuta ainetta, alkuperäinenhiukkanen, jonka pinnalle vesi tiivistyy. Maan ilmakehän olosuhteissa pilvipisaroitaei muodostu ilman hiukkasia. Tiivistymisytimiksi tarjolla olevien hiukkastenlukumäärä ja ominaisuudet vaikuttavat pilvien ominaisuuksiin, esimerkiksisiihen kuinka valkoisia ne ovat, satavatko pilvet, ja jos niin kuinka pianjälkeen. Hiukkaset voivat sekä lämmittää että viilentää ilmastoa riippuen siitämissä kohtaa ilmakehää ne ovat ja millaisia ne ovat, mutta kaikkien hiukkastenkokonaisvaikutus on viilentävä. Paitsi ilmastoon ja säähän , hiukkaset vaikuttavatkeskeisesti myös ilmanlaatuun ja näkyvyyteen. Ilmansaasteiden uskotaanolevan suora syy noin 2,5 miljoonan ihmisen kuolemaan vuosittain, jailmakehän pienhiukkasten osuus tästä on 2,1 miljoonaa. Pienimmät hiukkasettunkeutuvat syvälle keuhkoihin ja jopa verenkiertoon asti. Erityisen vaikeatilanne on tällä hetkellä Itä- ja Etelä-Aasiassa, mutta historiallisesti Euroopassakinon ollut vaikeita ilmanlaatuongelmia, esimerkiksi Lontoon savusumu jaRuhrin alueen huono ilmanlaatu ovat tästä tunnettuja esimerkkejä.Ilmakehän pienhiukkasia tuottavat sekä luonnolliset että ihmisen toimintaanliittyvät prosessit. Osa hiukkasista on päässyt ilmakehään valmiina hiukkasina,esimerkkeinä polttoprosessien nokihiukkaset, aavikko- ja siitepöly sekämerisuola, joka jää jäljelle kun merivesipisarasta haihtuu vesi. 1990-luvun alussauskottiin, että mikäli ilmaan pääsee tiivistymiskykyisiä kaasuja (eli höyryjä)ne tiivistyvät näiden ilmaan suoraan päässeiden hiukkasten pinnalle. Kutentermodynamiikan ensimmäisen pääsäännön esittelyn yhteydessä kappaleessa3.1 todettiin, neste-kaasu tai kiinteä-kaasu rajapinnan muodostaminen vaatiienergiaa. Koska ilmakehässä on kaikkialla hiukkasia, joilla on jo pinta, tämänkiinteä-kaasu tai neste-kaasu pinnan kasvattamisen ja muuttamisen toisenlaiseksineste/kiinteä-kaasupinnaksi höyryjen tiivistyessä pitäisi olla energeettisestiedullisempaa kuin aivan uuden hiukkasen tai pisaran muodostaminen.Ilmakehän monimutkaisen kemiallisen koostumuksen vuoksi tämä asia ei kuitenkaanole näin yksinkertainen. Viimeisen 20 vuoden kuluessa on selvinnyt, että merkittävä ja mahdollisesti suurin osa ilmakehän hiukkasista on syntynytkokonaan höyryistä. Muodostumiseen osallistuvia höyryjä ja hiukkasmuodostusmekanismejailmakehän erilaisissa olosuhteissa ei kuitenkaan tunneta.Eniten käytetty ja yksinkertaisin teoria ilmakehän hiukkas- ja pilvipisaramuodostuksenymmärtämiseksi on nestepisaramalli, joka perustuu klassiseentermodynamiikkaan. Seuraavassa johdamme ensin tasapainoehdon btasomaiselleneste-kaasu rajapinnalle, ja sitten pallomaisen pisaran ja kaasun rajapinnalle.Jälkimmäinen tapaus antaa eväät ennustaa, minkä kokoinen pisara ontasapainossa (eli ei kasva eikä kutistu), jos höyryn laatu, tiheys ja lämpötilatunnetaan. Tästä voidaan edelleen ennustaa erikokoisten pisaroiden muodostumistodennäköisyyksiäerilaisissa olosuhteissa.