Да ли нас праше? САГОРЕВАЊЕ КЕРОЗИНА ЗБУНИЛО ГРАЂАНЕ Поједини авиони остављају беле трагове иза себе, а други баш никакав: Ево шта кажу научници
Кондензациони трагови иза авиона, познати и као цонтраилс, нису никакве “хемикалије из авиона”, већ облаци ледених кристала који настају када се врући и влажни издувни гасови млазног мотора нагло охладе у хладној тропосфери.
Такав траг може нестати након неколико минута, али се може задржати и сатима, па се постепено проширити у већи слој облака. Да ли ће се уопште појавити и колико ће дуго трајати, зависи пре свега од температуре, влажности и струјања ваздуха на висини на којој авион лети.
Физика на 10.000 метара: Како настаје бели траг?
Кондензациони трагови најчешће настају на висинама на којима крстаре комерцијални авиони, отприлике између осам и 12 километара изнад површине Земље. Притисак ваздуха на тим висинама знатно је нижи него при тлу (износи између 260 и 190 хектопаскала), док је температура обично нижа од -40 степени Целзијуса.
Да би се кондензациони траг формирао, у млазу издувних гасова мотора мора привремено доћи до засићења течном водом. Настале капљице се затим готово тренутно смрзавају и претварају у ледене кристале. При томе настаје траг какав описује Шмит-Аплеманов критеријум, који узима у обзир температуру, притисак и влажност околног ваздуха, као и карактеристике мотора – односно однос топлоте и водене паре у издувним гасовима.
Поједностављено, Шмит-Аплеманов критеријум представља праг који мора бити пређен како би се појавио кондензациони траг. Мешавина врућег издува и околног ваздуха мора се довољно охладити да накратко постане засићена течном водом. Капљице које тада настану одмах се смрзавају и стварају видљиву ледену пругу.
Околни ваздух мора бити довољно хладан, а издувни гасови мотора морају садржати довољно водене паре. Млазни мотори избацују вруће гасове богате воденом паром, а њиховим ширењем и мешањем са хладним околним ваздухом температура нагло пада. Ако је околни ваздух пресув или недовољно хладан, мешавина неће достићи засићење, па неће доћи до кондензације, стварања леда, нити појаве видљивог трага.
Постоје и аеродинамички трагови на крилима
Због тога се кондензациони трагови могу понашати готово попут система који се “укључује” и “искључује”. Релативно мала промена температуре или влажности на висини лета може бити довољна да се пређе праг потребан за њихово стварање, док обрнута промена узрокује њихов нестанак.
Осим кондензационих трагова повезаних са радом мотора, постоје и аеродинамички трагови, на пример око врхова крила или елиса. Они настају због локалног пада притиска и последичног хлађења ваздуха у струјању око површине авиона. Чешће се појављују на нижим висинама и у специфичним условима температуре и количине влаге у атмосфери.
Зашто траг некада изненада нестане, а некада остане сатима?
Да ли ће кондензациони траг брзо нестати или ће се одржати сатима, понајвише зависи од релативне влажности у односу на лед (РХи), као и од динамике атмосферског слоја кроз који авион пролази.
Ако је околни ваздух подзасићен у односу на лед (РХи мањи од 100 одсто), ледени кристали убрзо сублимирају и траг нестаје након само неколико минута. Међутим, ако је слој презасићен (РХи већи од 100 одсто), кристали настављају да расту. Траг се тада под утицајем ветра и турбуленције шири и прелази у такозвани цонтраил-циррус – цирус настао из кондензационог трага, који може трајати сатима и прекрити велику површину неба.
На животни век ових трагова утиче и вертикална структура атмосфере. Танак влажан слој смештен између сувих слојева, на пример, може продужити трајање трага. Због тога један авион на одређеној рути може оставити врло кратак траг, док авион који истом рутом прође само сат времена касније иза себе оставља широк и дуготрајан слој. У међувремену су се променили влажност, струјање ветра или вертикални слојеви кроз које авион пролази.
"Испрекидани трагови"
Посебно је занимљива појава испрекиданих кондензационих трагова. Авион при томе лети на готово константној висини, док се траг иза њега наизменично појављује и нестаје. Разлог нису промене у раду мотора, већ вертикални таласи и локалне разлике у температури и влажности атмосфере.
Атмосфера непрестано осцилира и кроз њу се шире хоризонтални и вертикални таласи. У узлазном делу вертикалног таласа ваздух се подиже, притисак пада, а ваздух се адијабатски хлади. Авион који одржава исту висину тако улази у хладнији и влажнији део таласа, услови прелазе праг за кондензацију и траг се појављује. У силазном делу таласа ваздух се спушта, загрева, релативна влажност пада, ледени кристали сублимирају и траг нестаје.
Због тога иза авиона остаје наизглед испрекидана пруга. Другим речима, авион не “испушта мало па мало не”, него атмосферски слој кроз који пролази осцилира око прага засићења.
Краткотрајни трагови трају од неколико секунди до неколико минута, средње дуги десецима минута, док дуготрајни трагови остају видљиви сатима и шире се у цирусни слој.
Због свега овога, кондензациони трагови су добили своје место и у званичној класификацији облака Светске метеоролошке организације (WМО). Међународни атлас облака разликује природне облаке од оних насталих људском активношћу под ознаком Cirrus homogenitus.
Ови облаци оптички и микрофизички су готово идентични природним цирусима јер их чине ледени кристали, а имају и доказан утицај на климу и утичу на радијациони ефекат ваздухопловства.
Математика не лаже
Количина водене паре коју производе авионски мотори лако објашњава како настаје масиван ледени траг.
Просечни путнички авион на висини крстарења троши између 2.500 и 5.000 килограма горива на сат. Сагоревањем једног килограма керозина настаје приближно 1,25 килограма водене паре. То значи да се сагоревањем горива произведе између 3.125 и 6.250 килограма водене паре на сат, односно приближно 1,4 килограма у секунди!
Ради поређења, природни цирусни облак дужине 10 километара и полупречника 15 метара има укупну количину ледене воде од свега 14 до 35 килограма. Авион који лети брзином од 240 метара у секунди тих 10 километара прелети за само 42 секунде – и за то време сагоревањем горива произведе чак 59 килограма водене паре!
То значи да је количина водене паре из мотора авиона на 10 километара лета од 1,7 до 4,3 пута већа од укупне количине леда у целом природном танком цирусном облаку!
Бели трагови на небу су, дакле, чиста физика и природни процеси: мешање вруће водене паре из горива са леденим ваздухом на великим висинама.