Kondenzasyon izleri, yani contrails, uçakların arkasından oluşan ve gökyüzünde görünen bulut benzeri izlerdir. Bunlar, uçak motorlarının sıcak ve nemli egzoz gazlarının soğuk troposferde ani hızla soğuması sonucu oluşur.

Bu izler birkaç dakika içinde kaybolabilir ancak saatlerce kalabilir ve zamanla daha geniş bir bulut tabakası haline gelebilir. Bu izlerin ortaya çıkıp ne kadar süreyle var olacağı, uçağın uçtuğu yükseklikteki hava sıcaklığı, nem oranı ve hava akımı gibi faktörlere bağlıdır.

Kondenzasyon izleri genellikle ticari uçakların uçtuğu yüksekliklerde, yani yer seviyesinden yaklaşık 8 ila 12 kilometre yükseklikte oluşur. Bu yüksekliklerde hava basıncı yer seviyesine göre çok daha düşüktür (260 ile 190 hektopaskal arasında) ve sıcaklık genellikle -40 derece Celsius'in altındadır.

Bir kondenzasyon izinin oluşması için, motor egzoz gazlarında geçici olarak su buharına doygunluğa ulaşılması gerekir. Oluşan damlacıklar hemen donarak buza kristallerine dönüşür. Bu süreçte, Şmit-Apleman kriteri kullanılır. Bu kriter hava sıcaklığı, basıncı ve nem oranı gibi faktörleri dikkate alır ve motor özelliklerini de içerir.

Basitçe ifade etmek gerekirse, Şmit-Apleman kriteri, bir kondenzasyon izinin ortaya çıkması için gereken temel koşulları belirtir. Sıcak egzoz gazlarının soğuk hava ile karışması ve bu karışımın su buharına doygun hale gelmesi gerekir. Bu durumda oluşan damlacıklar hemen donarak görülebilir bir buz izini oluşturur.

Soğuk hava şartları ve motor egzoz gazlarında yeterli miktarda su buharı olması gerekir. Jet motorları sıcak, su buharı bakımından zengin gazlar püskürtür. Bu gazların yayılması ve soğuk hava ile karışmasıyla sıcaklık hızla düşer. Eğer çevre hava yeterince soğuk veya nemli değilse, doygunluğa ulaşılmaz ve kondenzasyon, buz oluşumu ve görünür bir iz meydana gelmez.

Bu nedenle, kondenzasyon izleri neredeyse bir "açılıp kapanma" sistemi gibi davranır. Yükseklikteki sıcaklık veya nemde küçük değişiklikler bile izlerin ortaya çıkıp kaybolmasına neden olabilir.

Motor çalışmasıyla oluşan kondenzasyon izlerinin yanı sıra, uçak kanat uçları veya kuyruk yüzeyleri etrafında da aerodinamik izler oluşur. Bu izler, hava akımının hızlanması ve yerel basınç düşüşü nedeniyle ortaya çıkar. Daha düşük yüksekliklerde ve belirli hava sıcaklığı ve nem oranlarında daha sık görülür.

Bir kondenzasyon izinin ne kadar süreyle var olacağı, su buharına göre donma (RHi) oranı ve uçağın geçtiği atmosferik tabakanın dinamik yapısı gibi faktörlere bağlıdır. Eğer çevre hava su buharına göre doygun değilse (RHi %100'den düşük), buz kristalleri hızla sublimer olur ve iz birkaç dakika içinde kaybolur. Ancak, eğer hava tabakası aşırı doymuşsa (%100'den yüksek RHi), buz kristalleri büyür ve iz rüzgar ve turbulans etkisiyle genişleyerek "contrail-cirrus" adı verilen bir bulut tabakasına dönüşebilir. Bu tür izler saatlerce kalabilir ve büyük bir hava alanı kaplayabilir.

Atmosferin dikey yapısı da kondenzasyon izlerinin yaşam süresini etkiler. Örneğin, kuru hava katmanları arasında sıkışmış nemli bir hava tabakası, izlerin daha uzun süre var olmasına neden olabilir. Bu nedenle, aynı rota üzerinde uçan uçaklar farklı zamanlarda farklı uzunlukta ve yoğunlukta izler bırakabilir.

Özellikle dikkat çekici olan "kesintiye uğramış" kondenzasyon izleri fenomenidir. Uçak neredeyse sabit bir yükseklikte uçarken ardında iz sürekli olarak belirir ve kaybolur. Bunun sebebi, atmosferde yükselen ve düşen hava akımlarıdır. Bu akımlar, uçağın geçtiği bölgedeki sıcaklık ve nem oranlarında dalgalanmalara neden olur.

Atmosfer sürekli olarak osilasyonlar yaşar ve bu osilasyonlarda yatay ve dikey hava dalgaları oluşur. Yükselen bir hava dalgasında hava yükselir, basınç düşer ve hava adiabatıks olarak soğur. Uçak aynı yükseklikte uçarken bu soğuk ve nemli havaya girdiğinde iz oluşur. Düşen bir hava dalgasında ise hava iner, ısınır, nem oranı düşer ve buz kristalleri sublimer olur, iz kaybolur.

Bu nedenle, uçağın ardında görünen izler sürekli olarak beliren ve kaybolan bir bant gibi görünür. Uçak sürekli "küçük parçalar" atmaz, aksine atmosferik katman, doygunluğa ulaşma noktasının etrafında osilasyon yapar.

Kondenzasyon izleri birkaç saniyeden birkaç dakika sürecek kısa süreli izlerden, dakikalarca sürecek orta süreli izlere ve saatlerce süren uzun süreli izlere kadar çeşitlilik gösterir. Uzun süreli izler genişleyerek cirrus bulut tabakasına dönüşebilir.

Kondenzasyon izleri, Dünya Meteoroloji Örgütü (WMO) tarafından resmi olarak sınıflandırılan bir bulut türüdür. Uluslararası Bulut Atlası, insan aktivitesiyle oluşan bulutları doğal bulutlardan ayırt etmek için "Cirrus homogenitus" adını kullanır.

Bu bulutlar, optik ve mikrofiziksel olarak doğal ciruslarla neredeyse aynıdır çünkü buz kristallerinden oluşur ve iklime etki ederler. Ayrıca hava taşımacılığının radyasyon etkilerini de etkilerler.

Uçak motorları tarafından üretilen su buharı miktarı, büyük bir buz izinin oluşumunu açıklar. Ortalama bir yolcu uçağı, uçarken saatte 2.500 ila 5.000 kilogram yakıt tüketir. Bir kilogram kerosenin yanmasıyla yaklaşık 1.25 kilogram su buharı oluşur. Bu, motorların saatte 3.125 ila 6.250 kilogram su buharı ürettiği anlamına gelir, yani saniyede yaklaşık 1.4 kilogram!

Bir karşılaştırma için, 10 kilometre uzunluğunda ve 15 metre yarıçaplı doğal bir cirrus bulutunun toplam buz miktarı sadece 14 ila 35 kilogramdır. Hızla 240 metre/saniye hızla uçan bir uçak, bu 10 kilometrelik mesafeyi sadece 42 saniyede geçer ve bu süre zarfında yakıt yanmasıyla 59 kilogram su buharı üretir!

Bu, uçağın 10 kilometrelik yolculukta ürettiği su buharının miktarının, tüm doğal bir cirrus bulutunda bulunan buzdan 1.7 ila 4.3 kat daha fazla olduğunu gösterir.