Атмосферні аерозолі. Зазвичай класифікація атмосферних аерозолів проводиться на основі їх поділу за способами створення, матеріалами і характерним розмірами частинок. При цьому до аерозолів зазвичай відносять частинки зі швидкостями осадження не більш, ніж у крапельок води діаметром 100 мкм великі дощові краплі і опади тим самим відносять до окремого класу. Пилу складаються з твердих частинок, диспергованих у результаті механічного подрібнення твердих тіл вибухи, гірничі роботи і т. Д. Або висихання крапельок з розчиненими речовинами або частками сольові частки над океаном. У повсякденному понятті пилом називають осад твердих частинок на різних поверхнях, який легко переходить у зважений стан.
Матеріали пилу найрізноманітніші, а розміри також коливаються в широких межах - від субмікронних 0,01 мкм до мікроскопічних 100 мкм. Дими утворюються при горінні або сублімації летучих речовин, а також в результаті хімічних і фотохімічних реакцій.
Розміри димових частинок - від субмікронних до 5 мкм. Тумани складаються з крапельок рідини, що утворюються при конденсації пари або розпиленні рідини. Сюди також включаються краплі з розчиненими речовинами або містяться в них частинками.
Природні тумани зазвичай складаються з крапельок з діаметром до 10 мкм і більше. Крапельки, а також частки різних атмосферних забруднень і пилу іноді називають серпанком, яка, насправді являє собою комбінацію з трьох названих вище основних класів аерозолів. Систему, що утворюється в результаті взаємодії природного туману з газоподібними забрудненнями, називають смогом. Розміри частинок димки і смогу зазвичай - 1 мкм. Промислові аерозолі, які утворюються при отриманні і обробці горючих матеріалів, здатні за рахунок розвиненої поверхні до більш інтенсивного запаленню, ніж вихідні речовини.
При скупченні дрібнодисперсного пилу таких матеріалів в замкнутих приміщеннях і наявності джерел займання може статися вибух. В цілому використання технологічних процесів і робота виробництв, пов'язаних з виходом аерозолів в робочі приміщення або атмосферу, вимагає ретельної оцінки екологічної небезпеки та застосування різних засобів очищення.
По-перше, процеси міграції домішок в атмосфері настільки динамічні, що наслідки таких викидів позначаються практично відразу.
По-друге, при викидах в атмосферу забруднюється приземний шар повітря і подстилающая поверхню грунт, водойми, рослинність, що призводить до безпосереднього впливу на навколишнє середовище і є подальшу загрозу надходження шкідливих речовин в організм людини і тварин.
Потужні або регулярні викиди в атмосферу можуть мати і глобальні наслідки.
Надходження в атмосферу оксидів сірки, азоту та хлору призводить до утворення водяних крапель, що містять кислоту, і до випадання кислотних опадів.
Однак не слід вважати, що аерозолі завдають тільки шкоди і повинні застосовуватися лише з відомими заходами.
Вони широко використовуються в технологічних процесах харчової промисловості, застосовуються в медицині, служать для боротьби з сільськогосподарськими шкідниками, є необхідним елементом в фізичних установках і промислових процесах, використовуються для виготовлення матеріалів з багатьма корисними властивостями 33. Цікаву історію має діяльність, пов'язана із застосуванням аерозолів для активного впливу на хмарні процеси засів хмар і боротьби з посухою.
В основі цієї ідеї лежало бажання використовувати нестійкість і величезні запаси енергії атмосферних хмарних систем шляхом засіву хмар штучними ядрами конденсації.
Однак після постійного застосування засіву хмар протягом декількох років цей метод перестав приносити результати і навіть спостерігалася зворотна картина з підвищенням тривалості посушливих періодів. 1.5 Класифікація і розміри аерозолів. За типом походження і за розмірами аерозолі зазвичай поділяють на дві великі групи мікро і макрочастки 1. Мікрочастинки радіусу менше 0,5-1,0 мкм утворюються в процесах конденсації і коагуляції, тоді як макрочастки виникають в основному при дезінтеграції поверхні Землі. Можливо, також класифікувати частинки просто в залежності від розміру.
Нагадаємо, що розмір середньої за величиною молекули або атома становить, коливається в районі 0,1 нм. Концентрація частинок радіуса порядку 1 нм зазвичай вимірюється за допомогою розширювальних камер камери Вільсона, перша конструкція яких була запропонована Айткеном, тому частинки називаються ядрами, або частками Айткена.
Частинки малих розмірів дуже швидко коагулюють з частинками великих розмірів. При розгляді долі частинок слід мати на увазі, що частинки, які досягли стінок камери, залишаються на них внаслідок дії сил адгезії. Це відрізняє поведінку частинок від поведінки молекул, проте класифікація на такій основі не отримала розвитку через малу вивченості природи адгезійних взаємодій. Розмір 10-6 см характеризує частки більш стабільні, для них коагуляція при атмосферних умовах протікає досить повільно, тому консервація проб можлива.
З експериментальних методів для прямих спостережень за такими частками, зазвичай використовують електронну мікроскопію. Частки розміром 10-5 см називають великими в контексті атмосферних аерозолів. На такі аерозолі однаково слабке вплив надають як броунівський рух, так і гравітаційне осадження.
Частинки таких розмірів, мабуть, характеризуються найбільшим часом життя. Цікаво відзначити, що великі частки важко отримати безпосередньо як при подрібненні твердого тіла зазвичай розміри частинок при найтоншому помелі більше, так і при конденсації з газової фази де, за винятком випадку найбільш летючих з'єднань, розмір частинок, що утворюються менше. Розмір 10-4 см 1 мкм - це, на жаргоні фахівців з атмосферним аерозолям, хвіст фракції гігантських часток в атмосфері.
Швидкість падіння під дією сили тяжіння частинок розміром 1 мкм приблизно дорівнює 0,2 мм с, але навіть таке повільне осадження за 1 добу являє собою вже 20м. Швидкість осідання зростає пропорційно квадрату радіусу частинки для частинок таких розмірів. Такі частинки легко спостерігати на поверхні при невеликому збільшенні, але точно виміряти їх важко. Розмір 10-3 см 10 мкм - це приблизний розмір ядер хмари, які представляють собою дуже важливу спеціальну підгрупу атмосферних аерозолів.
Швидкість падіння 10 мкм частки щільності 2 г см3 при нормальних умовах становить величину 2 см з, тому протягом декількох хвилин в стандартній кімнаті більшість таких частинок осіло б на підлогу. Частинки таких розмірів можна побачити неозброєним оком на контрастною поверхні, а їх розміри можуть бути визначені звичайним оптичним мікроскопом. Розмір 10-2 см 100 мкм - розмір крапель мряки швидкість осідання 1 м с. Повсякденний досвід показує, що в гарну погоду частки таких розмірів в атмосфері відсутні або дуже рідкісні, за винятком пилових бур та інших подібних явищ антропогенних або природних.
Частинки таких розмірів характерні для морських аерозолів, але швидко осідають і практично не спостерігаються далеко від джерела освіти. Розмір 10-1 см 1 мм - типовий розмір дощових крапель. В атмосфері в рік утворюється приблизно 4 1022 дощових крапель, що становить 104 крапель на 1см2 поверхні Землі. В середньому дощі, проте, їх об'ємна концентрація невелика - 10-5 см3 або 10 крапель на 1 кубічний метр повітря. У нижніх шарах атмосфери середня концентрація менше на два порядки.
Розмір 1 см. Падаючі краплі дощу через гідродинамічних ефектів розбиваються до діаметра 0,5 см, і тому рідких аерозолів такого розміру не спостерігається. Однак, град і сніжинки тверді гідрометеоріти можуть досягти таких розмірів. Розмір 10 см. Є повідомлення про град такого розміру. Легко оцінити масштаби що наноситься їм шкоди.
Розмір 10 см. Можна сказати, що 10 см - верхня межа розмірів атмосферних частинок. Звичайно, літаки, метеорити і попіл при виверженні вулканів можуть досягати й більших розмірів. Отже, навіть сама коротка класифікація за розмірами займає область від 10-8 см до 10 см. Якщо виключити екстремальні випадки, то залишиться область в шість порядків - від 10-7 см до декількох міліметрів. Якщо перейти до масових або об'ємним характеристикам, то вийде розкид в 20 порядків, а для такої характеристики, як концентрація, ситуація ще більш вражаюча.
Вкрай важливо зрозуміти, що область від 1 мкм до розміру молекули так само велика, як від 1 мкм до градини великих розмірів. Тому такі макрохарактеристик, як концентрація частинок аерозолю або середній розмір часток аерозолю повинні бути визначені дуже обережно. 1.6
Всі теми даного розділу:
Екологічний аспект проблеми
Екологічний аспект проблеми. Усвідомлення важливості екологічних проблем, пов'язаних з впливом життєдіяльності людини на атмосферу і гідросферу Землі, є одним з найбільш серйозних стимул
Про дисперсних системах
Про дисперсних системах. Дисперсні системи - системи, що представляють собою механічну суміш частинок дисперсної фази з середовищем-носієм. Такі системи є широко поширеним об'єкт
Основна характеристика часток дисперсної фази - функція розподілу частинок за розмірами
Основна характеристика часток дисперсної фази - функція розподілу частинок за розмірами. Окремі частки характеризуються так званими морфологічними ознаками розмір, щільність, форма, ст
Назад-статечне розподіл
Назад-статечне розподіл. Експериментальні спостереження за атмосферними аерозолями дозволили сформулювати ряд емпіричних закономірностей, що описують їх розподіл. У роботах Юнга Jung
Логарифмічно-нормальний розподіл
Логарифмічно-нормальний розподіл. Гаусове нормальний розподіл симетрично щодо свого середнього значення яке одночасно є модою і медіаною і приймає ненуле
Безперервна і дискретна динаміка
Безперервна і дискретна динаміка. Дослідження динаміки аерозолів в середовищі в тому числі в повітрі, необхідно визначити, з точки зору процесів переносу. У вільно - молекулярному режимі м
перехідний режим
Перехідний режим. Сталий потік молекул пара до сфери, коли частка є досить великий у порівнянні з середньою довжиною вільного пробігу молекул пара, задається рівнянням Ма
Підбиття підсумків
Підбиття підсумків. Для отримання максимально точних результатів по випаровуванню і конденсації частинок застосовуються найрізноманітніші підходи від напівемпіричних, деякі з яких перераховані вище, до
Лінеаризоване рівняння Больцмана для сферичної геометрії в одношвидкісному наближенні
Лінеаризоване рівняння Больцмана для сферичної геометрії в одношвидкісному наближенні. Розглянемо отримання лівій частині рівняння для функції розподілу Больцмана - знайдемо вираз операто
Основні рівняння
Основні рівняння. Припустимо, що є сферична частка крапля рідини, яка оточена молекулами газу-носія, концентрація яких - концентрації пара, який може як конденсіроват
Точні результати вирішення рівнянь
Точні результати вирішення рівнянь. Подальші кроки пов'язані з отриманням явного виду рішення 3.24. Для цього необхідно отримати залежність. Введемо нову функцію рівнянням 3.25 Ця функція перед
прикордонний шар
Прикордонний шар. Слід враховувати, що, незважаючи на те, що все вище отримані вирази точні, поки немає рецепту, як вважати інтеграли, що входять до виразу 3.42- 3.44. Для цього треба зрозуміти,
Наближення стрибка концентрації на поверхні частинки
Наближення стрибка концентрації на поверхні частинки. Розглянемо випадок, коли. При великих функція поводиться досить різко на відстанях порядку, при цьому вона змінюється від до см. Рис. 1. На
чисельні результати
Чисельні результати. Залежності j від ймовірності прилипання показані на малюнку 6 для різних розмірів частинок а. Мал. 6. Залежність відносного потоку конденсується парів, де - потік ін
Висновки і висновок
Висновки і висновок. В результаті роботи над дипломом було зроблено 1. Досліджено процес конденсації при різних числах Кнудсена. 2. Для розрахунку щільності потоку молекул пара на частку було вико