Классификации аэрозолей

Поскольку свойства аэрозолей весьма разнообразны, различны и принципы, положенные в основу существующих их классификаций.

Наиболее распространенными являются классификации аэрозолей по их происхождению и степени дисперсности.

По происхождению встречающиеся в атмосфере аэрозоли относят к следующим типам:

-космические (не сгоревшие в атмосфере остатки метеоритного вещества);

-терригенные (поднятые ветром частицы почвы и выветрившихся горных пород);

-вулканические (вулканическая пыль);

-океанические ( частицы, образовавшиеся на поверхности Мирового океана и состоящие в основном из NaCl);

-техногенные (всевозможные частицы техногенного происхождения – пыли, сажа, капли,и др.);

-пожарные (частицы сажи и дыма, возникающего при пожарах);

-биологические (микроорганизмы, споры наземных водорослей и грибов, пыльца растений, органические и неорганические вещества, возникающие в процессе жизнедеятельности различных живых существ-растений и животных).

Особенности техногенных и пожарных аэрозолей будут рассмотрены в дисциплине «Техно и урбоэкология». В данном курсе речь пойдет лишь об аэрозолях природного происхождения (космических, терригенных, вулканических, океанических и биологических).

Данные о среднегодовых количествах частиц некоторых типов аэрозолей в земной атмосфере приведены в таблице 1.

Таблица 1. Суммарная масса частиц аэрозоля ряда типов в атмосфере.

Тип	Масса, (Мт)
Океанические	1500
Терриигенные	750
Вулканические	50
Космические	1

В зависимости от степени дисперсности (среднего диаметра частиц) аэрозоли делят на три фракции: нуклеарную, конденсационную и гравитационную.

Нуклеарную фракцию, (называемую также ядрами Айткена) образуют самые мелкие частицы с диаметрами от 0.001 до 0.05мкм. Их называют также наноаэрозолями. Их частицы столь малы, что вокруг них не могут возникать водяные оболочки. В тоже время таких частиц много и они имеют очень большую суммарную площадь поверхности, на которой происходят химические реакции с газами. Поэтому данные частицы наиболее химически активны.

Конденсационную фракцию слагают частицы диаметрами от 0.05 до 1 мкм (называемую аэрозолями Ми), вокруг которых в условиях атмосферы возможно образование водяных оболочек. Именно они служат ядрами конденсации водяного пара и его кристаллизации и обуславливают возникновение в атмосфере облаков, туманов и атмосферных осадков.

В гравитационную фракцию входят самые крупные частицы с диаметрами более 1мкм, способные осаждаться в атмосфере под действием силы тяжести. Скорость их падения в атмосфере приблизительно пропорциональна квадрату их радиуса. В виде таких частиц выпадает дождь снег, пыль.

Особенности космических аэрозолей

Источниками частиц этих аэрозолей являются космическая пыль и метеориты, входящие в земную атмосферу. Космическая пыль формирует пылевые слои в верхних слоях атмосферы, но при входе в плотные ее слои в основном сгорает. Достигающие приземного слоя атмосферы частицы космических аэрозолей образуются в мезосфере, при разрушении в ней метеоритов. При трении о воздух такие частицы раскаляются и оплавляются. Поэтому они имеют форму сфер диаметром 1- 1.5 мкм. Поскольку рассматриваемые частицы входят в земную атмосферу сверху, а все прочие – снизу, то их вклад в явления, вызванные пылью и аэрозолями в атмосфере, увеличивается по мере роста высоты над земной поверхностью.

Больше всего взвешенных частиц космического происхождения появляется в атмосфере при прохождении нашей планетой через тот или иной метеорный поток- образующийся при разрушении какой то древней кометы. Поскольку расположение этих потоков, а также орбиты Земли в космическом пространстве не изменяются, замутнение атмосферы взвешенными частицами космического происхождения происходит ежегодно в одно и тоже время. Так, в конце августа, подобное явление происходит в результате пересечения нашей планетой метеорного потока Персеид (наблюдаемого как бы выходящим из созведия Персея).

Существенное замутнение термосферы и мезосферы космической пылью происходит также при пересечении нашей планетой траектории крупной кометы. Именно так происходит при пересечении траектории кометы Галлея. Размеры пылинок, образующих головы и хвосты комет – доли мкм. Поэтому они тропосферы практически не достигают, сгорая в мезосфере, но на высотах около 200 км они способны задерживаться на длительное время.

Проникновение в атмосферу частиц космических аэрозолей вызывает в ее верхних слоях такие оптические явления, как «белые» ночи. Гораздо реже они вызывают возникновение «кровавых зорь» и перламутровых облаков.

В отличие от белых ночей, возникающих ежегодно летом в Санкт Петербурге и других расположенных с ним на одной параллели регионах мира, «белые» ночи, возникающие при прохождении нашей планеты через хвост кометы, интенсивнее и наблюдаются гораздо южнее. Они обусловлены рассеянием света на пылевых частицах субмикронных размеров, задерживающихся на высотах более 200 км.

Не сгоревшие при входе в плотных слои атмосферы обломки мереоритов загрязняют стратосферу, вызывая в ней такие явления как «кровавые» зори и перламутровые облака. Кровавые зори обусловлены рассеянием света на пылевых частицах, проникших в стратосферу – на высоты 30-50 км. Здесь же иногда наблюдаются и перламутровые облака.

Загрязнение пылью мезосферы и стратосферы вызывает усиленное поглощение в них солнечной радиации и уменьшение притока солнечной энергии, проникающей в нижние слои атмосферы и к земной поверхности. При поглощении солнечной радиации пылевыми частицами окружающий их воздух стратосферы и мезосферы разогревается. В результате этого в запыленных сегментах усиливается термическая конвекция, сообщающая пылинкам импульс, направленный от земной поверхности вверх. Восходящие потоки воздуха, вызванные присутствием взвешенных частиц в стратосфере, увлекают за собой озон и другие вещества, модулируя тем самым их пространственные распределения, а ОСО в запыленных областях стратосферы возрастает.