1.9. Рассеянные металлы в тропосфере – природное явление
В 60-х годах ХХ в. было обнаружено, что в тропосфере присутствуют крупные массы рассеянных металлов. Их концентрация ничтожна и измеряется в нг/м3 воздуха [7, 73].
Наибольшая концентрация металлов приурочена к самому нижнему слою тропосферы соприкасающемуся с поверхностью суши или воды. Для выяснения закономерностей распределения химических элементов было проведено зондирование тропосферы. Исследование проб воздуха, отобранных на разной высоте (от 50 м до 15 км), показало, что основная масса рассеянных элементов сосредоточена в километровом слое воздуха над поверхностью Земли. Выше концентрация быстро убывает на один-два математических порядка.
Носителем рассеянных элементов служат аэрозольные частицы. Сопоставление распределения ядер конденсации (аэрозольных частиц) и концентрации тяжелых металлов в воздухе хорошо иллюстрирует их тесную связь (рис. 6). Поэтому для понимания закономерностей миграции химических элементов в атмосфере очень ценны результаты изучения динамики и состава аэрозолей.
Состав аэрозолей континентального и океанического происхождения существенно различается. В аэрозолях, поступивших в атмосферу с поверхности континентов, содержатся на уровне кларков литосферы такие элементы, как кремний, алюминий, железо, титан, цирконий, иттрий, лантан, скандий. В океанических аэрозолях доминируют катионогенные элементы морских солей: натрий, магний, кальций, стронций. В то же время для аэрозолей характерна повышенная концентрация некоторых тяжелых металлов и близких им поливалентных элементов: мышьяка, сурьмы, висмута.
Рис. 6. Распределение в тропосфере тяжелых металлов и ядер конденсации
Для оценки избирательной аккумуляции химических элементов в аэрозолях В.В. Добровольский предложил использовать коэффициент аэрозольной аккумуляции: Ка = А/К, где А – содержание элемента в твердой фазе аэрозоля; К – кларк этого же элемента в гранитном слое континентальной земной коры.
Таблица 3
Коэффициент концентрации некоторых рассеянных элементов в континентальных аэрозолях*
|
Металлы |
Значение Ка |
Интенсивность обогащения |
|
Кадмий свинец, олово цинк, медь, никель, хром ванадий титан |
> 100 50-100 10-50 1-10 < 1 |
очень сильная сильная средняя умеренная отрицательная |
* по В.В. Добровольскому, 1980 г.
Из табл. 3 следует, что при формировании аэрозолей концентрация одних элементов в твердых частицах аэрозолей возрастает на 1–2 математических порядка по сравнению с гранитным слоем литосферы (Cd, Pb, Zn), а в других слабо меняется (V, Ti).
Повышенная концентрация некоторых элементов в континентальных аэрозолях обусловлена несколькими причинами. Какими? …
[1] исходным материалом, поступающим в тропосферу в качестве аэрозольных частиц, являются рыхлые продукты выветривания и почвы; концентрации металлов в континентальной пыли и почве близки;
[2] обогащение аэрозолей металлами происходит непосредственно в тропосфере; концентрация элементов, присутствующих в парогазовой фазе, сильно возрастает в ультрамелких фракциях аэрозолей;
[3] относительная концентрация элементов, основная масса которых находится в частицах крупнее 0,5–1,0 мкм изменяется сильно;
[4] вулканическая деятельность обеспечивает массу тяжелых металлов, рассеянных в тропосфере.