Аэрозоли и их влияние на климат - Рефераты по географии
Актуальність проблеми можливого впливу аерозолей на клімат визвала великий інтерес до цієї проблеми і породила цілу серію досліджень, присвячених приблизним оцінкам впливу аерозолей. Однак, відсутність адекватних даних про планетарний аерозоль та ного характеристики ( концентрація, мікроструктура, форма часток, хімічний состав, оптичні параметри) роблять поки що нездійсненними спроби достатньо надійного опису і прогнозу впливу аерозоля на клімат. Існуючі результати дозволяють, однак, дивитись на окремі аспекти цієї проблеми як, наприклад, на вплив аерозолей на перенос випромінювання [ 3 ].
Важливе вивчення аерозолей:
1) як фактора забрудненості атмосфери;
2) як фактора, що впливає на радіаційні та енергетичні процеси в атмосфері;
3) вплив аерозоля на електричні властивості атмосфери[3].
2 ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОГО АЕРОЗОЛЯ
2.1 Форма та розміри аерозолей
Розміри аерозольних часток в більшості випадків визначається через розмір радіусу або діаметра сферичних часток, що мають площу перетину, яка дорівнює площі перетину реальних аерозольних часток. Це виправдовується тим, що більшість аерозольних часток в атмосфері мають форму, яка не дуже відрізняється від сферичної і завислі в повітрі, не будучи зорієнтованими електромагнітним або гравітаційним полями. Діапазон розмірів аерозольних часток дуже широкий: від часток з декількох молекул, радіуса приблизно 10-7 , до розмірів в декілька мікрон. Верхній кордон розмірів аерозольних часток визначається можливістю тривалого існування цих часток в атмосфері, тобто в першу чергу швидкість осідання. Існують різноманітні класифікації атмосферних аерозольних часток по розміру [3].
Фракцію часток с радіусом £ 0.1 мкм прийнято називати дрібнодісперсною або високодісперсною. Ця фракція відіграє важливу роль в електричних атмосферних явищах, а також у фотохімічних процесах, що відбуваються в атмосфері, наприклад, у слої озону.
Середньодісперсна фракція атмосферних аерозолей, або великі чистки, включає частки в діапазоні розмірів 0.1 мкм £ r < 1 мкм. Ця фракція визначається оптичними властивостями атмосферного аерозоля у видимій та близькій інфрачервоній області спектру, а саме обумовлює як розсіяння, так і поглинання сонячної радіації атмосферою.
Грубодісперсною фракцією атмосферних аерозолей, або гігантськими частками, називаються частки із r ³ 1 мкм. Вони відіграють важливу роль в процесах хмаротворення, а також істотно впливають на оптичні властивості атмосферних аерозолей в інфрачервоній області спектру. Вони є головною компонентою, яку виміряють при вивченні атмосферної аерозольної забрудненності.
Фазовий стан аерозольних часток обумовлений механізмом їх утворення і багато в чому визначають форму часток. Рідкі частки мають сферичну форму, тоді коли терді - в загальному випадку - неправильну форму [ 3 ].
2.2 Хімічний склад та основні джерела аерозольних часток
Хімічний склад аерозольних часток визначається природою та потужністю різних джерел цих часток, а також механізмом виведення часток різного походження із атмосфери [3].
Основні джерела аерозольних часток: грунт являє собою найбільш потужне джерело аерозольних часток. В прикордонному шарі атмосфери, далеко від моря і промислових районів, вони майже повністю визначають хімічний склад аерозольних часток. Непрямі оцінки дозволяють припустити, що по масі грунт дає 50 - 80 % усiх аерозольних часток. Однак хімічний склад цих часток не ідентичен хімічному складу грунтів, так як не всі мінерали та інші грунтові продукти однаково диспергуються . В основному це кварц, інші сполуки Sі, глиноземи, карбонати і кальцити, окісли заліза. Кількість органічних сполук в аерозолях ґрунтового походження порівняно невелике, десь біля 10%. Значна кількість аерозоля в атмосфері пов'язано з пиловими бурями.
Морська поверхня дає по масі 10 - 20% часток. Хімічний склад цих часток відповідає приблизному хімічному складу сухого остатка морської води: KaCl - 78%, МgСl2 - 11%, CaSO4, Na2SO4, K2SO4 -11%. Концентрація соляних часток над океаном може досягати 100 см-3, але в середньому 1см-3. По розмірам максимум в розподілі приходиться на частки з діаметром біля 0.3 мкм.
Вулкани викидають в атмосферу до 75 млн.м3 диму, вулканічного попелу та більш дрібних часток. Вони можуть підійматися в стратосферу на висоту більше 20км. Найбільш дрібні оберігаються в стратосфері впродовж декількох років. Середньорічна потужність вивержень (1 - 5)*108 тон. 60 - 80% кремнію, 30 - 10% сульфатів, 3 - 10% кальцитів, 0 - 20%) сполук алюмінію, заліза - 1 - 10%.
Неземного походження.Кожний рік на Землю потрапляє 1 - 5*106 тон космічної речовини. Вміст елементів по масі приблизно такий: О - 33%, Fe - 29%), Si - 17%, Mg - 14%, S - 2,1%о, Ni - 1,7%, Са - 1,4%о, Аl - 1%, Nа - 0,7%, а також Cr,Мn,K,Р,Ті,Со.
Біосфера щорічно виділяє в атмосферу 108 тон терпеноподібного або слабо окисленого вуглеводня.
Фотохімічні та хімічні реакції можуть бути відповідальні за виникнення дрібнодісперсної фракції.
Дуже істотним джерелом аерозолей є продукти лісових пожеж: сажа. попіл, можуть поглинати помітну долю потрапляючої на Землю радіації.
У випадку промислових аерозолей найбільша доля часток прихопиться на продукти спалювання: сажа - 48 - 27%, смола - біля 1%, зола - 51-62%.
У вихлопних газах автомобілей сконцентрована велика кількість різних часток діаметром 0.02 - 0.06 мкм і невелика кількість великих часток. Як джерело аерозолів в стратосфері і верхніх шарах тропосфери можна вважати продукти сгорання авіаційного палива, приблизно (1 - 5)*106 тон/рік. Таким чином загальна кількість аерозольної матерії, що виділяється в земну атмосферу, складає приблизно 109 - 1010 тон/рік.
Виведення аерозолів із атмосфери сдійснюється, в основному, за рахунок вимивання хмарами [3].
Очищення повітря опадами є одним з головних процесів виведення газових, рідких та твердих забруднювачив з атмосфери у грунт. Цей процес має 3 головних аспекта :
1) переміщення домішок до місця очищення;
2) внутріхмарне очищення елементами хмари;
3) підхмарне очищення опадами, яке зазвичай називають вимиванням.
Вимивання у хмарі та вимивання у підхмарному шарі визначаються головним чином такими 5 параметрами, як :
1) розміром та концентрацією часток в атмосфері;
2) розмірами та концентрацією хмарних та дощових крапель, діючих як коллектори;
3) запасом рідкої води у хмарі при безперервній конденсації;
4) значенням рН та хімічним складом хмарної та дощової води;
5) ступінню можливості газів та часток розчинятися у водяних краплях [4 ].
2.3 Оптичні параметри аерозолей
Аналіз даних по хімічному складу атмосферних аерозолів показує, що неможливо запропонувати універсальну модель комплексого показника заломлення аерозолей. Можливі, однак, наближення. Один 5 варіантів моделі можна отримати в припущенні ідеальної механічної перемішуваності всих хімічних сполук в кожній аерозольній частці, якщо відомі показники заломлення всих складових частки. Така модель, основана на використанні метода Крамера - Кронига, була розрахована для моделі хімічного складу аерозолей приземного шару [3]
Якщо вважати вірним припущення про ідеальну перемішуваність для води, то можна розрахувати показники заломлення моделі аерозоля при різному вмісті в аерозолі води і, отже, при різній вологості.
Основні риси моделі комплексного показника заломлення:
1) Для "сухого" аерозоля реальна частина показника заломлення в видимій області спектру дорівнює 1,65±0,02, а уявна- біля 0.005±0,003.
2) Існують потужні полоси поглинення аерозольною речовиною поблизу хвиль 3,6,7,9,2 і 11,5мкм.
3) При збільшенні вологості повітряного середовища величини реальної частини показника заломлення аерозоля зменшується, наближаючись до значення реальної частини показника для води [ 3 ].
Ще один варіант побудови моделі оптичних параметрів аерозоля полягає у використанні набора оптичних констант для різних хімічних компонент полідісперсного аерозоля. Цей варіант вельми незручний для проведення розрахунків оптичних характеристик, так як потребує тання функції розподілу часток по розмірам для кожної компоненти. Крім цього, він припускає, що ці компоненти аерозоля не перемішуються між собою. Для окремих сполук й при певних умовах таке припущення може бути близьким до істини. Подібним, дуже важливим по своїй ролі у формуванні радіаційного режиму атмосфери, а також по впливу на живі організми і предмети людської діяльності, компонентами є: сажа, сірчана кислота, сульфат аммонію, вода і лід, окісли заліза, органіка. Одна з можливостей визначення комплексного показника заломлення постає в тому, щоб вирішувати цю проблему, як зворотню задачу атмосферної оптики [ 3 ].
