3. Природные и антропогенные источники аэрозолей.

В метеорологии под аэрозолем понимают твердые и жидкие частицы, плавающие в атмосфере и выпадающие на Землю. Аэрозоли попадают в атмосферу от многих источников. По происхождению они подразделяется на аэрозоли естественного и антропогенного происхождения.

Источниками естественных аэрозолей являются океаны, косми­ческая пыль, частицы почвы и горных пород, поднимаемых в воздух при ветровой эрозии, органические вещества — пыльца растений споры, бактерии и др., частицы дыма, возникающие при лесных и торфяных пожарах, продукты вулканических извержений.

Атмосферные аэрозоли над океаном образуются в результате раз­брызгивания капель морской воды и их последующего испарения. Капли образуются при сдувании ветром брызг с гребней волн, при выпаде­нии на водную поверхность осадков, в прибойной зоне побережий. Основным компонентом морских аэрозолей является хлорид на­трия, однако в них присутствуют карбонаты, сульфаты, калий, маг­ний и кальций, ряд органических соединений. Взвешенные в воздухе солевые частицы в прибрежных районах наносят значительный ущерб сельскохозяйственным культурам и вы­зывают коррозию материалов. По оценкам выпадение соли на океанических островах и в прибрежных районах континентов варь­ирует от 3 до 4 т/км² в год, максимальные значения  достигают 470 т/км²  в год.

Важным источником аэрозолей являются вулканы, но их вклад сильно варьирует во времени и пространстве. Это понятно, так как одно мощное извержение может многократно превысить выброс час­тиц в атмосферу, который происходит в периоды "спокойной" вулка­нической деятельности. Например, при взрыве Кракатау в 1883 г. эруп­тивные облака поднялись на высоту 30 км и в Батавии, находящейся в 160 км от вулкана, день превратился в ночь. Извержение вулкана Агунг на о. Бали в 1963 г. выбросило большое количество аэрозолей в тропосферу и стратосферу, вызвав на всем земном шаре весьма эффектные вечерние зори. Появление аэрозолей в стратосфере в ре­зультате этого извержения вызвало повышение там температуры при­мерно на 5°С.

Вулканические аэрозоли представляют собой тонко измельченную лаву либо капли серной кислоты, содержащей растворы сульфатов, галогенидов, следы никеля и хрома.

 Значительная часть аэрозолей поступает в атмосферу с поверхности почвы и скальных пород. В Ат­лантике, начиная от побережья Сенегала почти до центра океана, простирается область постоянного интенсивного выноса сахарской пыли. Этот район у мореплавателей получил название "море мрака". Известно много районов на Земном шаре, где также постоянно про­исходит вынос в атмосферу пыли, песка и мелкодисперсных частиц.

Степные, кустарниковые и лесные пожары являются еще одним важным источником тропосферных аэрозолей. Зола, выбрасываемая при пожарах в атмосферу, состоит из неорганических веществ, мине­ралов, первоначально присутствовавших в тканях растений. В золе имеются частицы углерода, не полностью сгоревшие смолистые ве­щества. Крупные лесные пожары могут быть источниками атмосфер­ных аэрозолей, заметных в глобальном масштабе. Так, дым от лесных пожаров на западе Канады в 1950 г. наблюдался, например, над Бри­танскими островами.

Метеорная пыль может быть, по крайней мере, двух видов. Так, субмикронные частицы из межпланетного пространства могут дости­гать земной поверхности в неизменном виде. Более крупные частично сгорают или расплавляются. Это приводит к распылению капель или паров. Затвердевшие после сгорания метеора, капли или сконденси­ровавшиеся пары могут достигать тропосферы.

Частицы биологического происхождения переносятся на большие расстояния. Споры грибов, на­пример, находили над океаном на расстоянии 1000 км, а пыльцу — в 2500 км от возможного ближайшего источника. Морские бактерии обнаружены в пробах воздуха более чем в 100 км от побережья. Во время полета аэростата "Эксплорер-П" в воздухозаборники-ловушки между высотами 11 и 22 км попали споры плесневых грибков.

Аэрозоли антропогенного происхождения составляют примерно 20% от естественного содержания аэрозолей. Они образуются в основном при сжигании твердого и жидкого топлива. Кроме того, ряд произ­водств, например, цементные заводы, выбрасывают в атмосферу боль­шое количество пыли. Естественно, что пространственное распреде­ление антропогенных аэрозолей неравномерно, и они являются загрязнителями атмосферы, играя пагубную роль как в отношении человека и животных, так и растительных сообществ.

По размеру частиц аэрозоли можно разделить на 3 группы (r - радиус частицы): неустойчивые, гигантские частицы (r > 10 мкм), относительно устойчивые, большие частицы (r от 1 до 10 мкм) и устойчивые, подчиняющиеся законам броунова движения (r < 1 мкм), так называемые ядра Айткена.

Атмосферный аэрозоль подразделяют также на тропосферный (до высоты приблизительно 10 км) и стратосферный (от 10 км приблизительно до 50 км).

Аэрозольные частицы проникают в стратосферу в результате вул­канических извержений, заноса ядер конденсации при развитии кучево-дождевых облаков, вершины, которых выходят за пределы тропосферы.

Определенный вклад в формирование стратосферных аэрозолей вносит высотная авиация, запуски ракет-носителей ИСЗ и т.д. В стра­тосфере отмечаются аэрозоли внеземного происхождения, содержа­щие, например, следы никеля.

Для изучения распределения аэрозольных частиц в верхних слоях атмосферы наиболее распространенными являются следующие методы: лазерное, или лидарное, зондирование атмосферы, измерения со спутников земли ослаб­ления солнечной радиации в момент, близкий к уходу спутника в тень Земли; измерения с аэростатов или самолетов, с помо­щью фотоэлектрических счетчиков на ракетах, самолетах и аэростатах.

Результаты прямых исследований стратосферного аэрозоля пока­зывают, что он в основном состоит из разбавленной серной кислоты с незначительным добавлением других веществ. Отмечено небольшое количество соединений аммония, в основном в районе 10-12 км. На высоте около 20 км был обнаружен  слой сульфатных солей.

Количество аэрозолей в атмосфере огромно, существует их постоянный приток и сток. Более крупные частицы осаждаются сами, более мелкие вымываются дождем или снегом. Продолжительность пребывания аэрозолей в атмосфере определя­ет их так называемое "время жизни". В тропосфере время жизни аэрозолей составляет от 6 до 40 суток. В стратосфере среднее время жизни аэрозольных частиц увеличи­вается с высотой, и его опенки дают значения до месяца в слое 10-12 км, 1-2 года на высоте 20 км и от 4 до 20 лет на высоте 50 км.

Проблемы, связанные с аэрозолями многогранны. Аэрозоли могут оказывать влияние на формирование климата как Земли в целом, так и в отдельных её районах. Важнейшая положительная роль аэрозолей являются ядрообразование, т.е. свойство конденсировать воду. Однако, они могут изменять отражательную способность планеты Земля и тем самым изменять глобальную температуру.

Экзаменационные билеты утверждены на заседании кафедры

Протокол № 4 от « 5 » ноября 2014 г.