Skyernes udtryksformer II.

I 700tallet f.Kr. troede de ioniske filosoffer i Lilleasien, der var nogle af de første, som fremsatte teorier om atmosfæren, at skyer var en fortykket form for våd luft. Variationer over dette tema fremkom, selv efter at den skarpsindige franskmand Rene Descartes i 1600tallet erklærede, at luft og vanddamp er to forskellige ting. Hundrede år senere søgte kemikere energisk at analysere alle slags faste stoffer, men havde ikke lært ret meget mere om luftens kemi. Men så i 1751 gjorde den franske læge Charles Le Roy en højst interessant iagttagelse af dens måde at opføre sig på.

Da Le Roy havde lukket tæt til for fugtig luft i en glasbeholder og opmærksomt iagttaget dens afkøling, opdagede han, at der ved en bestemt temperatur, viste sig dug på glassets inderside. Når han opvarmede beholderen til over denne temperatur, forsvandt duggen, og når beholderen igen blev afkølet, viste duggen sig igen. Han havde opdaget det afgørende princip, at alle luftblandinger har en særlig temperatur, dugpunktet, hvor fugtighedsindholdet fortættes til flydende form.

Da Le Roy gentog sit forsøg ude i det fri og studerede forskellige vejrforholds indvirkning på fortætningen, konstaterede han, at luftfugtigheden ikke udgør nogen absolut størrelse, som lader sig beskrive tilfredsstillende ved blot at bestemme luftens vandindhold. På samme måde som et tykt håndklæde kan opsuge mere vand end et tyndt uden at blive gennemvædet, forestillede Le Roy sig, at luften på en varm dag kunne rumme mere vanddamp og føles mindre fugtig end den samme luft på en vinterdag. Heraf sluttede han, at luftfugtigheden måtte være en relativ størrelse. Dvs. at mængden af vanddampe i luften skal sammenholdes med den maksimale mængde af vanddamp, som luften kan indeholde.

Som så mange andre tidlige videnskabspionerer formåede Le Roy ikke at drage den fulde konsekvens af det, han havde skimtet, til dels fordi han byggede på en fejlagtig opfattelse af, hvordan vanddamp i det hele taget kommer ind i luften. Han troede, at den opløstes, ligesom når salt opløses i vand og kom til syne igen som væske på samme måde, som når salt udfældes i en opløsning. Det var derfor han anvendte udtrykket »udfældning« til beskrivelse af regn, dug og sne. Han holdt fast ved opløsningsteorien, selv om andre forskere påviste, at vand kan fordampe i et vakuum, hvilket rejste spørgsmålet om, hvordan noget kan opløses i ingenting. Selv om betegnelsen for udfældning og nedbør på engelsk, »precipitation«, kemisk set er ukorrekt, har det holdt sig i sproget.

En anden af datidens forståelsesbarrierer var den udbredte misopfattelse, at vanddamp bestod af små hule dråber. Ideen blev fremsat i 1666, da den italienske præst Urbano D'Aviso skrev, at damp var sammensat af »små vandbobler fyldt med ild, som stiger op gennem luften, så længe dens særlige tyngde er større end deres, og de stopper, når de når til det sted, hvor luften er lige så let«. Selv den ansete astronom Edmond Halley tænkte i sådanne baner, hvilket fremgik af en afhandling, som han indleverede til The Royal Society syv år efter sin berømte teori om passatvindene. Teorien fik tilhængere op gennem hele 1700tallet. Til de mest fremtrædende hørte den schweiziske geolog og fysiker Horace Benedict de Saussure, der konstruerede en af de første fugtighedsmålere. Saussure sagde, at han faktisk havde set de hule dråber, mens han undersøgte overfladen på en varm kop kaffe med en stærk linse. I 1783 skrev han: »Letheden ved disse små kugler, deres hvidhed, deres fremtoning så helt forskellig fra massive dråbers, deres enestående lighed med de mere omfangsrige bobler, som man kan se flyde på overfladen af en væske, efterlader ikke den fjerneste tvivl om deres natur.«

I slutningen af 1700tallet begyndte forsøgene at vise, at vanddamp hverken har hule kerner eller opløses kemisk i luften. I 1802 fremsatte den engelske kemiker John Dalton sin teori om, at vanddamp i virkeligheden er en luftart, som opfører sig i luften mere eller mindre på samme måde som alle andre luftarter såsom ilt, kvælstof og kuldioxid. Dalton var kvæker og levede tilbagetrukket, optaget af videnskabelig forskning. Han forfattede indsigtsfulde afhandlinger om mange emner, bl.a. om skydannelser, farveblindhed og nordlys. Han fremsatte ligeledes den første kvantitative atomteori, som går ud på, at alle stoffer er sammensat af meget små, udelelige partikler, kaldet atomer, som kun adskiller sig fra hinanden med hensyn til masse.

Dalton skrev, at vanddamp er en af flere luftarter, som blander sig og udgør luften, men som ikke indgår i nogen kemisk forbindelse. Herpå baserer hans berømte lov om partialtrykket sig. Den siger, at enhver luftart i en luftblanding udøver samme tryk, som om den alene fyldte rummet. Summen af disse partialtryk er lufttrykket, som kan aflæses på et barometer. I løbet af nogle få år anvendte forskerne Daltons lov, som den kom til at hedde, til formulering af en mere specifik beskrivelse af relativ fugtighed.

Vanddampmolekylerne i en luftblanding udøver et tryk, vanddamptrykket, som er uafhængigt af de øvrige luftarters tryk i luftblandingen. Er luften forholdsvis tør, vil vanddamptrykket være lavt. Et højere vanddamptryk uden for luftblandingen leder vanddampmolekyler ind i luftblandingen, indtil der er balance. Er luften over vand, vil de fordampende vandmolekyler fortsætte med at øge damptrykket, indtil luftblandingen er mættet. Når mætningspunktet er nået, fortrænger vandet, der fordamper op i luften, en tilsvarende mængde af den allerede tilstedeværende damp. Resultatet vil ofte være nedbør. På denne måde blev Charles Le Roys slutninger omkring den relative fugtighed bekræftet og forklaret af fysikkens love. Den relative fugtighed kan udtrykkes som forholdet mellem det eksisterende damptryk og det maksimalt mulige vanddamptryk, dugpunktet, i en luftmasse.

Andre forskere, heriblandt Dalton og Saussure, beviste, at temperaturen indvirker direkte på den relative fugtighed. Jo varmere luften er, desto bedre kan den holde på vanddampen og derfor den større fugtighed, som kræves for at skabe en høj relativ fugtighed. Omvendt stiger den relative fugtighed, når luften afkøles, og den eksisterende fugtighed nærmer sig dugpunktet, selv om det absolutte fugtighedsindhold er uforandret. Derfor kan den kolde luft, selv under en hård snestorm, hvor den relative fugtighed er tæt på 100%, rumme mindre end halvdelen af den fugtighed, som indeholdes i samme mængde varm ørkenluft. Fortsatte forsøg og omhyggelige observationer af vanddampes aktuelle opførsel understøttede i det store og hele denne udbyggede forklaring, men der var stadig et uundgåeligt problem tilbage. Vanddamp kan fortættes til væske, inden luften når dugpunktet, og selv om dugpunktet er nået, begynder fortætningen ikke nødvendigvis. Der måtte være yderligere en indvirkende faktor. Den blev først konstateret i sidste fjerdedel af 1800tallet.

I 1875 begyndte den franske forsker Paul Jean Coulier at måle tåges egenskaber i et totalt lukket system for at undersøge dens reaktion på trykforandringer. Han forbløffedes over, at han efter et antal forsøg ikke længere kunne få tåge til at vise sig i den beholder, han anvendte, selv når de teoretiske forudsætninger for temperatur, tryk og relativ fugtighed var til stede. Når han dernæst ledte ny luft ind i beholderen udefra, påbegyndte tågedannelsen igen. Heraf sluttede Coulier, at den manglende bestanddel, som ikke kunne undværes ved tågedannelse, var støv (kondensationskerner).