Cтраница 2
Это приводит к значительным колебаниям счетной концентрации больших частиц и частиц Айткена, особенно в береговых областях, тогда как концентрация гигантских частиц так сильно не изменяется. Интерпретация аэрозольных данных, полученных в береговых областях, с точки зрения их континентального или морского происхождений является, таким образом, затруднительной. Не удивительно, что присутствие остатков континентальных аэрозолей с радиусом меньше 1 мк было обнаружено далеко в открытом море Муром и Мейсоном [87] над Восточной Атлантикой. [16]
Несомненно, что их содержание значительно изменяется. Кривые роста частиц с увеличением влажности указывают на наличие около 70 - 80 % нерастворимых веществ для Центральной Европы. Такой высокий процент нерастворимого вещества в континентальных аэрозолях становится очевидным, если пробы, полученные с помощью импакторов, обрабатывать каплями воды для того, чтобы растворить вещество. К сожалению, при изучении аэрозолей мы не могли использовать микрометоды для определения общего количества этих нерастворимых осадков или их состава, так что упомянутые выше оценки, по-видимому, являются единственными имеющимися данными по этому вопросу. [17]
Мсо - относительная молекулярная масса воды; Ms - относительная молекулярная масса соли; г0 - радиус сухой частицы; г - радиус частицы во влажной атмосфере; р0 - плотность сухой частицы; Оы ( Т) - поверхностное натяжение воды; Т - температура, К; Е - пропорция растворимой фракции; i - фактор Вант Хофа ( определяет степень диссоциации); Ъ - постоянная для данного солевого раствора ( 27 6 для NaCl, 16 4 для ( NH4) 2S02); е - пропорция растворенной фракции. Плотность растворенной в воде фракции ( ps) вычислена в соответствии с массовыми концентрациями различных солей. Включение органического растворимого компонента приводит к более высокому значению ( Ms145) для континентального аэрозоля. Относительные молекулярные массы морских типов аэрозолей были получены из соответствующих значений для NaCl и континентальной растворимой фракции. [18]
Кроме того, имеется непосредственное доказательство, показывающее, что ядрами конденсации служат преимущественно большие частицы. Курсива [70] и Ямамото и Отаке [133] на примере отдельного облака и капелек горного и океанского туманов изучили распределение частиц по размерам и происхождение остатков испарения с помощью электронного микроскопа. В табл. 31 приведены их результаты и для сравнения - наше распределение по размерам континентальных аэрозолей. Обе группы наблюдений ( строки 3 и 6) обнаруживают удовлетворительное согласие относительно очень неоднородных материалов, которые могут служить ядрами конденсации. Сравнение полученных результатов с распределением по размерам континентальных аэрозолей указывает, что процент активированных ядер значительно уменьшается с уменьшением их размеров. Такое сравнение является, конечно, только приближением к действительности вследствие значительной отдаленности друг от друга источников этих данных. Но основной результат считается надежным и согласуется с нашими прежними выводами. Очевидно, что над сушей только небольшая часть частиц с радиусом 0 1 мк и меньше участвует в конденсации, если только не имеется недостатка в больших и гигантских ядрах, как, например, это имеет место над океаном или в других отдаленных местах. [19]
Это соответствует закону Рауля для разбавленных растворов. Кривые роста для смешанных частиц ( рис. 29, в) показывают все переходы между чистой капелькой раствора ( в нашем случае FbSO4) и сухой частицей. Они достаточно хорошо согласуются с кривыми для смешанных частиц, которые содержат около 70 - 80 % нерастворимого вещества, и показывают, что континентальные аэрозоли являются смешанными частицами, которые ведут себя подобно капелькам солевого раствора при высокой относительной влажности. Кривые роста отдельных естественных гигантских частиц сильно различаются, чего и следовало ожидать для более сложного химического состава. [20]
Эти общие свойства распределения по размерам естественных аэрозолей являются основой для приведения в соответствие друг с другом отдельных наблюдений, проведенных для определенных диапазонов размеров частиц. Айткена, собранные Ландсбергом [74], и указывает па явное уменьшение концентрации при движении из населенных областей к океану. Ясно, что частицы Айткена имеют континентальное и в определенной степени антропогенное происхождение. Небольшие концентрации, обнаруженные над океаном, могут быть обусловлены малыми локальными источниками или остаточными континентальными аэрозолями. Имеющейся информации недостаточно для выбора между этими двумя возможностями. [21]
Большинство их происходит в облаках, и они могут быть весьма эффективными, если циклы конденсации и испарения последовательно повторяются. Результатом таких процессов будет уменьшение концентрации более мелких частиц и рост частиц, которые активируются при конденсации водяного пара в облаках и туманах, например частиц континентального аэрозоля крупнее 0 1 мк. В соответствии с этим следует ожидать, что RaD и его дочерние продукты будут захватываться частицами больших размеров, чем короткоживущие радиоактивные вещества. Мы не располагаем данными о таких наблюдениях, но в разд. [22]
Кроме того, имеется непосредственное доказательство, показывающее, что ядрами конденсации служат преимущественно большие частицы. Курсива [70] и Ямамото и Отаке [133] на примере отдельного облака и капелек горного и океанского туманов изучили распределение частиц по размерам и происхождение остатков испарения с помощью электронного микроскопа. В табл. 31 приведены их результаты и для сравнения - наше распределение по размерам континентальных аэрозолей. Обе группы наблюдений ( строки 3 и 6) обнаруживают удовлетворительное согласие относительно очень неоднородных материалов, которые могут служить ядрами конденсации. Сравнение полученных результатов с распределением по размерам континентальных аэрозолей указывает, что процент активированных ядер значительно уменьшается с уменьшением их размеров. Такое сравнение является, конечно, только приближением к действительности вследствие значительной отдаленности друг от друга источников этих данных. Но основной результат считается надежным и согласуется с нашими прежними выводами. Очевидно, что над сушей только небольшая часть частиц с радиусом 0 1 мк и меньше участвует в конденсации, если только не имеется недостатка в больших и гигантских ядрах, как, например, это имеет место над океаном или в других отдаленных местах. [23]
К сожалению, большинство измерений распределения частиц по размерам в морском воздухе было сделано только для гигантских частиц. Вудкок ( например, [129] и последующие статьи) очень детально изучил аэрозольные частицы этой области размеров над океаном и пришел к выводу, что они состоят из морских распыленных частиц. Из рис. 24 видно, что общая концентрация морской соли увеличивается с увеличением силы ветра и пик массового распределения, а также верхний предел распределения аэрозольных частиц сдвинут в сторону более крупных частиц. Кривая распределения массы при радиусе, меньшем 2 мк, уже начинает спадать; анализы хлоридов в больших частицах, проведенные на Гавайях, подтвердили это. Следовательно, в аэрозолях чисто морского происхождения ( от морских брызг) больших частиц должно быть значительно меньше ( на один-два порядка величины), чем в континентальных аэрозолях. Этот факт качественно подтверждается хорошей видимостью в морском воздухе. Как видно из табл. 28, концентрация частиц Айткена свидетельствует о подобных же различиях между континентом и океаном. [24]
Эти выводы в основном хорошо согласуются с наблюдениями. Юнге [47] первый показал экспериментально, что диапазон пересыщения для атмосферных ядер действительно ограничивается несколькими процентами и соответствует спектру размеров частиц в приближенном соответствии с теорией Кэлера. Недавно Тумей [115] использовал более совершенную экспериментальную методику. Они могут быть сгруппированы в виде континентального, морского и видоизмененного морского спектров. Различия в концентрации среди этих групп очень значительны: концентрация континентальных аэрозолей была на один-два порядка больше, чем морских. Результаты Тумея ясно указывают на то, что главным источником ядер конденсации являются континенты, если данные по распределению частиц по размерам считать надежными. Тумей [116] показал, что наряду с загрязнениями основным источником ядер над сушей может быть высохшая и нагретая почва, где растворимые материалы кристаллизуются в мелкие частицы на поверхности и распространяются под действием ветра. [25]