Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

Литература

111

81-. Gerlach W., Untersuchungen iiber radioaktiven Regen, Atom-

kernenergie, H. 7/8 (1956).

82. Lowe F., Zur Erkennung der Quarzteilchen im Staub, Zeiss-

Nachr. H. 3 (1933); s. a. Forsch. u. Fortschritt, 9, 353 (1933);

zit. in [13, 251].

83. L a s a u

x A., von, Reaktion zum Nachweis metallischen Eisens

in Schlamm- und Staubmassen, Sitz.-Ber. d. niederrhein, Ges.

f. Natur- u. Heilkde. 4. XII, 1882; ref. in N. Jb. f. Miner., Geol.

u. Palaont., 8, II, 33 (1884).

84. Heller A., Die Erkennung von Eisen, Blei und Teer in Staub-

praparaten, Gesundh.-Ing., 57, 322 (1934).

85. Leroux J., Trillet J., Etude comparative des poussieres mi-

nerales atmospheriques de quelques grandes villes, J. Rech.,

5, 389 (1954).

86. The Smog Problem in Los Angeles County. A Report by Stan-

ford Research Institute on Studies to Determine the Nature

and Causes of Smog (1954).

87. Tei chert F., Ein Beitrag zur Anwendung der Emissionsspek-

tralanalyse in der Meteorologie, Z. f. Meteor., 9, 302—307

(1955).

88. Fe dele D., Vittori A. O., Determinazione delle particelle

di cloruro nell' atmosfera e metodi di misura, Riv. Meteor.

Aeron. XIII, 9—13 (1953).

89. Fedele D., Vittori A. O., Rivelazione delle particelle atmo-

sferiche di cloruro con la reazione di liesegang sensibilizzata

fotochimicamente, Riv. Meteor. Aeron. XIII, 14—18 (1953).

90. Vittori A. O., Sur la determination de la distribution des

diametres des particules atmospheriques de chlorure avec la

reaction de Liesegang, Geofis. pura appl., 31, 90—96 (1955).

91. Rau W., Eine vereinfachte Ausfiihrungsweise der Vittori-Metode

zum Nachweis von Chloridteilchen im Aerosol und die Bes-

timmung der Teilchengrofie, Arch. Meteor. Geophys. Bioklimat

A 9, 224 bis 231 (1956).

92. Hirsch J., Zur Methodik der Rufibestimmung, Z. f. Hyg., 110,

399—412 (1929).

93. Kister, Bericht iiber die in Hamburg ausgefiihrten Rauch und

RuSuntersuchungen, Gesundh. — Ing., 32, Nr. 51 (1909).

94. F

б g e

J. H. L., Ober die Moglichkeit, vulkanischen Staub in

den atmospharischen Niederschlagen nachzuweisen, Meteor.

Z. I, 81 (1884) (Krakatau—Asche, Abb.).

95. Fliigge C., Grundrifi der Hygiene, 8. Aufl. 92 (1915).

. g В. Фетт

114 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

96. Grundmann W., Der Keimgehalt der Luft und seine Mes-

sung, Ann. d. Meteor., 5, 72—77 (1952).

97. Kruse H„ Gesundh. — Ing. 69, 199 (1948).

98. Hosel G. u. Steiniger H., Ober die quantitative Mes-

sung des Luftkeimgehaltes, Z. f. arztl. Fortbild. 49, 832—837

(1955).

99. R e i f f e r s ch e i d H., Priifung der Wirksamkeit von Luftdesin-

fectionsmitteln mit Hilfe von konimetrischen Keimgehaltsbe-

stimmungen Wetter u. Leben, 7, 282—283 (1955).

100. A11 e r b e r g A., Die Mechanische Bodenanalyse. II. Intern.

Agr.-geol. Konf. 10, Stockholm, 1910 (vorziigliche Zusam-

menfassung).

101. Walther J., Einleitung in die Geologie als historische Wissen-

schaft, Bd. Ill, Jena, 1894.

102. Ramann E„ Bodenkunde, Berlin, 1905.

103. Keilhack K-, Lehrbuch der praktischen Geologie, Bd. II,

176—192, Stuttgart, 1917.

104. Gessner H., Die Schlammanalyse. Kolloidforsch. in Einzel-

darst. 10, Leipzig, 1931.

105. Lober H., Ein besonders einfaches Verfahren der Schlammana-

lyse Zbl. f. Miner., Geol. u. Palaont., 364 (1932 B).

106. О den S., Eine neue Methode zur mechanischen Bodenanalyse,

Intern. Mitt. f. Bodenkde, 5, 257—311 (1915).

107. Kolbl L., Ober die Aufbereitung fluviatiler und aolischer

Sedimente, Miner, u. Petr. Mitt., 41, H. 2 (1931).

108. Radczewski E., Der Einflufi des Passatstaubes auf die Se-

dimentation im Kapverden — Becken, Dt. Atlant. Exped. «Me-

teor», Bd. Ill, 3, 274—277 (1925—1927).

109. Jung H., Mineral- und Gesteinsstaub (Entstehung, Untersu-

chung, Bedeutung fiir die menschliche Gesundheit), Beitr. z.

Geol. v. Thuringen 7, 54—70 (1943).

110. Scheid K. F., Ober die Methodik der Darstellung und

Bestimmung des in pneumonokoniotischen Geweben abge-

lagerten Staubes, Beitr. path. Anatomie, 89, 93—134

(1932) (Untersuchung des vom Organismus aufgefangenen

Staubes).

111. Ludwig F„ С. E. Acad. Sciences 236, 751 u. 972 (1953); s. a.

Umsch. Wiss. Techn. 55, 408—409 (1955).

112. M e

d a u R., Auswertung von Gekornanalysen des Musterstau-

bes «Flugasche Fortuna I», Forschungsbericht des Wirtschafts-

pnd Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen (1955).

Литература

IIS

113. Е f f е п b е г g е г Е., binder A., Die Anwendung moderner

Methoden der mathematischen Statistik zur Bearbeitung von

Mefireihen iiber den Verunreinigungsgrad der Luft, Ann.

Meteor., 7, 342—352 (1955/1956).

114. E f f e n b e г g e r E., Lin der A., Statistische Bearbeitung

einer einjahrigen Grobaerosol-Mefireihe, Geofis. pura appl., 36,

86—93 (1957/1).

115. Wetterschliissel, Anweisung zur Verzifferung von Wettermel-

dungen, Teil I. Herausgegeben vom Meteor, u. Hydrol. Dienst

d. DDR, Potsdam.

Глава 5

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЫЛИ В АТМОСФЕРЕ

Теоретические и экспериментальные данные о движе-

нии и распределении пыли в атмосфере составляют ос-

нову, позволяющую оценить значение пыли. Получение

этих данных невозможно без знания природы, свойств и

способов воздействия пыли. Настоящее изложение охва-

тывает наиболее важные положения теории и методы

измерения, имеющие принципиальное значение. Для

оценки точности приводимых результатов измерения со-

держания пыли в атмосфере надо иметь в виду, что оно

производилось главным образом при помощи кониметра.

СКОРОСТЬ ОСЕДАНИЯ ПЫЛИНОК

При определении скорости оседания сферических

пылинок с радиусом 2,5-Ю

-4

—Ю

-2

см можно пользо-

ваться формулой Стокса

(см. [1]). Сферическая частица

опускается с постоянной скоростью, если сила сопроти-

вления

W= 67TU.re

противоположна и равна силе земного притяжения

K=^r

Kg (d

— d

т. е. если

6-[j.rc =

о-

~g (d

— d

Формула Стокса выражает силу сопротивления, испытываемую

твердым шаром при медленном движении в неограниченной вязкой

жидкости. — Прим. перев.

Гл. 5. Распределение пыли в атмосфере

117

Из этого равенства следует, что

или

т/~9 v-

= У 2 "*(<*,-<*,) '

Так как обычно d

очень мало по сравнению с d

можно

принять, что

В приведенных формулах приняты следующие обозна-

чения: ц — коэффициент внутреннего трения, равный

для воздуха 17,3

•

г • смг

• сек~

, г — радиус шара;

с — скорость движения шара; d\ — удельный вес шара;

d-2 — удельный вес газовой среды; g — ускорение силы

тяжести.

Формула Стокса применима для непрерывной среды,

а воздуху присуща молекулярная прерывистость. По-

этому при определении скорости оседания мельчайших

пылинок в воздухе следует ввести в формулу Стокса

предложенный Кеннингемом [2] поправочный коэффи-

циент. Тогда выражение для с принимает следующий

вид:

где L — средняя длина свободного пути пылинки, А —

константа; по данным Кеннингема, при оседании пыли-

нок в газе она равна 1,63. Табл. 11 показывает, как

влияет поправочный коэффициент Кеннингема на вели-

чину с, вычисленную по формуле Стокса, при различных

размерах частиц.

.2 сад

9 ц

или

118

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Таблица 11

Изменение данных о скорости оседания пылинок в воздухе

при вычислении их с учетом поправочного

коэффициента Кеннингема [2]

Радиус

пылинки,

10~

см

Поправочный

коэффициент

Кеннингема,

(

1+л

т)

Уменьшение

величины,

вычисленной

по формуле

Стокса, %

Радиус

пылинки,

-4

см

Поправочный

коэффициент

Кеннингема,

(

1+л

т)

Уменьшение

величины,

вычисленной

по формуле

Стокса, %

0,05 3,934

293 2,5

1,059 6

од

2,467 146

3,0

1,049

0,3 1,489 49 4,0 1,037

0,7

1,210 21

5,0

1,029 3

1,0 1,147

15 7,5

. 1,020

1,5

1,098 10 10,0 1,015

1,5

2,0 1,073

1+4-^ + 61

№

1 +

^ .h

со

=s>

При оседании частиц радиусом менее 5- 10~

см ре-

комендуется пользоваться формулой Лемба [4]:

W= 6тг[АГС

где О — коэффициент внешнего трения. В этом случае

c = ir

g(d

— d

)

Например, скорость беспрепятственного оседания ча-

стицы радиусом 5 • Ю

-5

см составит 1 • Ю

-4

см/сек.

Величину частиц можно также рассчитать по скоро-

сти падения, определяемой при помощи ультрамикро-

скопа (время регистрируется путем периодического вы-

ключения света).

Точное определение размера возможно лишь для ча-

стиц сферической формы, которую пылинки имеют до-

вольно редко. Более или менее правильные значения

^г)

Гл. 5. Распределение пыли в атмосфере

119

удается получить при форме, близкой к кубической.

Для частиц же, имеющих форму палочек или хлопьев,

расчетный размер может отличаться от истинного на

несколько порядков.

Брезина и Шмидт [5] опубликовали данные (табл. 12)

о скорости оседания частиц различных размеров и раз-

ного удельного веса в воздухе при полном безветрии.

Эти данные минимальны, так как относятся к частицам

сферической формы, падение которых вызывает наи-

меньшее сопротивление среды. Авторы характеризуют

скорость падения временем, в течение которого частица

проходит путь, равный 10 см. Плотность воды, углерода,

кремнезема и окиси железа приблизительно равна со-

ответственно плотности микроорганизмов, минеральной

пыли, сажи, образующейся при неполном сгорании, и

пыли, возникающей при износе железа.

Таблица 12

Время оседания сферической частицы на 10 см в воздухе

при полном безветрии [5]

Вещество

Время оседания для частиц различного радиуса

Вещество

0,01-Ю

-4

см 0,1-Ю

-4

см

0,5-10

-4

см

1-Ю

-4

см

10-Ю

-4

см

Вода

Углерод . . .

Кремнезем . .

Окись железа

100

ООО

суток

54000 ъ

37 000 »

20000 »

24 часа

13 час.

9 »

5 »

57 мин.

30 »

22 »

11 »

14,4 мин.

7,6 »

5,4 »

2,8 »

8,6 сек.

4.6 »

3,3 »

1.7 »

Для единой оценки загрязненности воздуха, созда-

ваемой различными производствами, Общество герман-

ских инженеров рекомендует пользоваться указанными

в табл. 13 значениями скорости оседания частиц дыма.

Эти данные показывают, что мельчайшие частицы

как бы витают в воздухе; крупные частицы в совер-

шенно спокойном воздухе осели бы очень быстро, но

вследствие конвекционных и вихревых движений воз-

духа этого не происходит. Даже наибольшая скорость

оседания пылинок мала по сравнению со скоростью

120 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

беспорядочных вихревых движений воздуха, и поэтому

распределение пыли в атмосфере в основном обусловли-

вается средней величиной обмена по вертикали.

Таблица 13

Скорость оседания частиц дыма

Диаметр частиц,

-4

см

20 40

60 80 100

Скорость оседания,

см1сек

0,15

0,58 2,4 9,0 19,0 30,0

43,0

Считается, что время пребывания частицы дыма

в атмосфере над Англией составляет около 1—2 дней [6].

СОДЕРЖАНИЕ ПЫЛИ В АТМОСФЕРЕ

Распределение пыли по вертикали

(Общее распределение; теория и наблюдения)

Наблюдающееся при беспорядочных воздушных те-

чениях соотношение между скоростью падения пылинок

(которой в данном случае нельзя пренебречь) и рас-

пределением пыли по высоте слоя атмосферы рассмот-

рено в теории обмена масс Шмидта [7].

Каждая пылинка увлекается вверх обменным пото-

ком воздуха, в котором она находится в витающем со-

стоянии, и в то же время непрерывно падает в поле

земного тяготения с некоторой скоростью с, зависящей

от ее размера. Запыленность воздуха изменяется тем

меньше, чем больше высота и чем ниже концентрация

пыли. Согласно расчетам Шмидта, на любой высоте z

через каждый квадратный сантиметр горизонтального

сечения столба атмосферы проходит вверх —пыли-

нок и падает под действием силы тяжести cps пылинок,

где А—коэффициент обмена воздуха (г • смт

• сек'

);

р — плотность воздуха, примерно равная Ю

-3

г/слг

;

Гл. 5. Распределение пыли в атмосфере 121

s — число пылинок в единице массы воздуха. В состоя-

л ds

нии равновесия сил А • = —cps и, следовательно,

~х

43429

s = s

= s

-10 j-z.

Эта формула показывает, что число пылинок в единице

массы воздуха экспоненциально уменьшается с увеличе-

нием высоты. В действительности коэффициент обмена

А не является константой и, как правило, значительно

возрастает с высотой, особенно на протяжении несколь-

ких первых метров от земной поверхности. Следует счи-

тать, что в самом нижнем слое атмосферы А = А

г"'ч.

Гинер и Гесс [8] приводят два характерных примера

вычисления размера пылинок с помощью указанной фор-

мулы. Значения s были определены опытным путем при

поездках по воздушной канатной дороге на Гафелькар

у Инсбрука, причем коэффициенты обмена А считались

константами, так как они относились к свободной атмо-

сфере.

Первый пример касается зимнего времени. Согласно

измерениям, число пылинок в 1 см

воздуха на высоте

2100 м равно 3, а на высоте 1400 м — 67. Следовательно,

70 000

= А

. ii

о.44.10-,

и если принять, что Л = 50 г

•

см~

•

сек*

, то с —

== 2,2

•

см/сек. На основании формулы Стокса та-

кую скорость падения имеют частицы диаметром

0,53

•

10~

см.

Второй пример относится к весне и лету. Измере-

ния показали, что в 1 см

воздуха на высоте 2300 м со-

держится 7 пылинок, а на высоте 1400 м— 16 пылинок.

При А = 200 г • см'

• сек~

расчет дает для диаметра ча-

стиц величину, равную 0,49 • 10"

см. Если в формулу

Стокса ввести поправочный коэффициент Кеннингема,

то получается другая величина — примерно -g • Ю

-4

см.

Порядок ее хорошо согласуется с порядком величин,

найденных путем измерения под микроскопом (д • Ю

-4

—

1 • Ю-

см).

122 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Изложенные примеры показывают, что при нормаль-

ных условиях можно определить по крайней мере поря-

док одной из четырех величин — A, s, с или г, — если

известны три другие. Согласно произведенным по экс-

поненциальной формуле расчетам, в свободной атмо-

сфере при постоянном коэффициенте обмена концен-

трация пылинок, скорость падения которых с =

= 2-Ю

-3

см/сек, уменьшается вдвое с увеличением вы-

соты на каждые 170 м, если

А — 50 г-смг

-сект

, и на

каждые 680 м, если А — 200 г

•

см'

• сект

. Указанные

величины содержания пыли в атмосфере над Инсбру-

ком позволяют вычислить переносимое обменным пото-

ком вверх число частиц —А . Оно равно 45 пылин-

кам зимой и 20 пылинкам весной и летом (в 1 сек. на

1 см

). Если г = 0,25• Ю

-4

см и средняя плотность пы-

линки Рпыли — 2,5 г/слт

, т. е. ее средний вес составляет

около 1,6- 10"

г, то расчет показывает, что зимой в ат-

мосферу над Инсбруком поступает в час 235 г/км

распыленной твердой материи.

Леттау [9], применив данные об окрашивании атмо-

сферы в синий цвет суспензиями, имеющими свойство

вызывать резкие оптические явления, к некоторым спе-

циальным и проблемным вопросам обмена воздуха, ко-

торые были рассмотрены Шмидтом, исследовал образо-

вание аэрозолей на единице площади и в единицу вре-

мени над большим городом. Он определил коэффициент

обмена воздуха, исходя только из зависимости между

высотой и концентрацией пылинок, падающих с опре-

деленной скоростью [10]. Для частиц, измеряемых кони-

метром, средняя скорость падения считалась равной

0,5 см/сек. Наибольшая абсолютная и относительная точ-

ность результатов определения достигнута в области зна-

чений коэффициента обмена воздуха 5—50 г

• смт

•

сек~

(фиг. 21 и 22).

Изучая в течение длительного времени содержание

пыли в атмосфере на основании данных, полученных

при полетах самолета, Леттау определил абсолютную

величину интенсивности вихревого движения, а также

зависимость коэффициента обмена воздуха от высоты

и, следовательно, степень застоя воздушных масс (см.