Атмосферный аэрозоль

АА – совокупность взвешенных частиц с размером больше молекулярных (> 10^-9 м)

АА играют очень важную роль в атмосфере. Они влияют

1. На радиационный режим планеты, поскольку от размеров частиц аэрозолей зависят процессы отражения, поглощения, рассеяния солнечного коротковолнового и теплового излучения Земли

2. На процессы конденсации водяного пара в атмосфере – в присутствии аэрозольных частиц конденсация Н₂О происходит при низкой относительной влажности воздуха (частицы служат центрами конденсации)

3. На процессы самоочищения атмосферного воздуха – за счет сорбции на поверхности газов, паров низколетучих компонентов и последующего осаждения частиц на подстилающую поверхность

4. На протекание ряда химических процессов в атмосфере за счет катализаторных свойств поверхности аэрозольных частиц

Общая характеристика атмосферного аэрозоля

АА – продукт различных химических, физических и биологических процессов. В характеристике атмосферных аэрозолей отражают их происхождение и распределение по размерам и количеству частиц в единице объема (в 1 см³) – так называемую счетную концентрацию.

- тонкодисперсные (< 0, 1 мкм)

- среднедисперсные (0, 1 – 1 мкм)

- грубодисперсные (> 1мкм)

Частицы < 0, 1 мкм называют ядра Айткена. Они возникают из газообразных соединений. Примером может служить образование частиц сажи (0, 05 мкм) при горении паров углеводородов или газообразных топлив в условиях недостатка окислителя (в гомогенной фазе) – пиролиза, что сопровождается химической конденсацией углеводородов. Аэрозоли образованные таким образом называются нуклеационные.

Частицы второго диапазона называются частицы Ми (по имени исследователя, создавшего теорию рассеяния света на этих частицах). Они возникают главным образом:

· при коагуляции тонкодисперсных аэрозолей

· или при гетерогенной конденсации паров (например, паров воды на ядрах Айткена).

Соответственно, аэрозоли, образовавшиеся таким образом называются конденсационные или коагуляционные.

Частицы аэрозоля > 1 мкм образуются главным образом в результате процессов разрушения какой то сплошной (конденсированной) фазы. Это например:

1) вулканический пепел – результат разрушения жидкой магмы;

2) солевые истицы оставшиеся после испарения капель морской воды

3) минеральная пыль, поднимаемая ветром, состоит из таких частиц.

Аэрозоли из частиц данного диапазона называются дисперсионные.

Счетная и массовая концентрации аэрозолей лежат в широком диапазоне. Скажем в незагрязненной атмосфере счетная концентрация составляет ~ 10³см^-3 , а в воздухе гордов может достигать 10⁶-10⁸ см^-3 . Массовая концентрация аэрозолей в воздухе городов может превышать 350 мкг/м³, над океанами – 20 – 90 мкг/м³ .

Аэрозоли неравномерно распределяются по высоте в атмосфере. В тропосфере с высотой содержание аэрозолей уменьшается по экспоненциальной зависимости, которую моно описать уравнением (вертикального профиля концентрации)

, где

N_h – счетная концентрация частиц на высоте h

N₀ – их предельная концентрация

Н₀ – const – эмпирический параметр, зависящий от природы частиц и свойств (турбулентности) атмосферы.

Типичные значения параметров N₀ и Н₀ для частиц всех 3-х мод (диапазонов).

Очень важной характеристикой аэрозолей является время жизни частиц в атмосфере. Наименьшее τ пребывания типично для самых мелких и самых крупных частиц. Из атмосферы аэрозоли выводятся путем осаждения на подстилающей поверхности.

Для частиц > 1 мкм характерно гравитационное осаждение и подоблачное вымывание (инерционный захват каплями дождя или снежинками). Их время жизни – минут, часы.

Мелкие частицы нуклеационной моды при соударении слипаются, образуя более крупные. Для них также характерен механизм диффузионного осаждения в направлении градиента концентрации. Время жизни этих частиц до суток.

Наиболее долгоживущими являются частицы 2-ой (коагуляционной) соды. Их осаждение протекает с наименьшей скоростью, поэтому время жизни составляет в среднем 10 суток.