Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

133

раз больше, чем после полудня. Уменьшение содержа-

ния пыли в приземном слое в течение дня обусловли-

вается обменными потоками и турбулентностью. На-

гревание этого слоя в утренние часы вызывает пере-

распределение радиационного баланса, что в свою

очередь приводит к перемещению частиц пыли, которые

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Число пылинок

в 1см

Фиг. 28. Вертикальное распределение

пыли до полудня (/) и в послеполуденное

время (//, III) [11].

поглощают тепловую радиацию и окружаются теплой

воздушной оболочкой. Нагретые массы воздуха вытес-

няются поступающими сверху более холодными и чи-

стыми массами, благодаря чему в приземном слое со-

держание пыли уменьшается. В период наиболее интен-

сивного обмена воздуха в послеполуденное время оно

очень мало (фиг. 27).

В утренние часы максимальное содержание пыли

наблюдается у земной поверхности, а также недалеко

2В/VII1936

i 134 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

от нее на границе слоя инверсий. До полудня запылен-

ность воздуха быстро уменьшается с высотой. Пылинки,

проникшие через сравнительно малоподвижный призем-

ный слой, легко уносятся вверх. В течение дня они под-

нимаются вместе с конвекционным слоем, где распре-

деление частиц почти однородно. В послеполуденное

время распределение пыли по высоте в сфере действия

конвекционных потоков

приблизительно равно-

мерно (фиг. 28). Из того,

что количество пыли, со-

держащееся в определен-

ной массе воздуха, мало

изменяется во времени,

т. е.

sdh является

Фиг. 29. Среднемесячное содер-

жание пыли и ядер конденсации

по измерениям, производившимся

в 14 час. [31].

константой, и s(h) для

(высота кон-

векционного потока) так-

же константа, следует,

Март Мр.

Май Июнь Июль Лег. Сент.

4TQ

ЛЯ

О А <С И

тем меньше, чем больше

Н. Следовательно, кон-

центрация пыли в воз-

духе а) меньше летом и

в холодных воздушных

массах и б) больше зимой и в теплых воздушных мас-

сах [4].

Оседание пылинок в ночное время объясняется, ве-

роятно, тем, что в некоторых местах (зонах инверсий

и т. д.) образуются слои с более высокой концентрацией

пыли, которые постепенно опускаются. Следует отме-

тить, что связь между повышенной запыленностью и

инверсиями температуры не совсем ясна. Видимым при-

знаком обратного тока пыли служат образующиеся ве-

чером в слоях инверсий участки помутнения, ясно за-

метные также перед восходом солнца.

Летом суточное содержание пыли в приземном слое

атмосферы колеблется меньше, чем зимой, когда наблю-

дается резкий застой воздуха по утрам. В Инсбруке и

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

135

его окрестностях в весенние месяцы был обнаружен

мало заметный вторичный максимум.

Гинер и Гесс [8] считают неверным распространен-

ное мнение о чистоте зимнего воздуха, так как именно

зимой загрязненность в приземном слое атмосферы осо-

бенно заметна даже за городом. На основании измере-

ний солнечной радиации в разное время года Гётц и

Перль [14] определили приведенные в табл. 16 относи-

тельные величины числа частиц пыли N„ и дыма •

содержащихся в столбе воздуха (см. также фиг. 29).

Концентрация осевших на пылинках микроорганизмов

летом выше, чем осенью [32, 33].

Таблица 16

Число частиц пыли (N

) и дыма (ЛГ

), содержащихся

в столбе воздуха с площадью основания 1 см

[14]

(данные получены на основании измерений солнечной радиации)

Зима

Весна

"д

"п

"д

"п

Потсдам

Ароза

Перевал Юнгфрау

18,9

•

1,5-10°

1,6- 10

0,5

•

26,7

•

10°

4,3

•

2,0

•

0,6

•

Лето

Осень

"д

"п

Потсдам

Ароза

Перевал Юнгфрау

29,3

•

4,9

•

2,3

•

1,8

1,1

•

0,3

•

21,5

•

1,7- 10

1,6

0,9

•

Влияние облачности на содержание пыли

В дни сплошной облачности максимальное содержа-

ние пыли обнаруживается в слоях воздуха, расположен-

ных ниже облачного покрова (фиг. 30). В самом облаке

содержание пыли невелико и резко уменьшается с уве-

личением высоты.

i 136 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

В облачные и пасмурные дни изменения запылен-

ности приземного слоя атмосферы в течение суток мало

заметны. По ночам снижения температуры и увеличе-

ния количества пыли не наблюдается. При частичной

или переменной облачности также имеют место лишь

слабые и кратковременные изменения запыленности.

Фиг. 30. Содержание пыли в облачном

покрове и под ним [4].

Отчетливой зависимости содержания пыли в призем-

ном слое атмосферы (в отличие от содержания ядер

конденсации) от вида и степени облачности не устано-

влено.

Влияние тумана и влажности на содержание пыли

и ядер конденсации

При появлении тумана запыленность воздуха обычно

сильно возрастает [34]. В табл. 17 приведены данные

Речке [4] о запыленности плотного сухого фронтального

тумана (18 августа 1935 г.).

Как различаются отдельные виды тумана (низкий,

высокий, фронтальный, морской) по содержанию пыли,

еще не установлено. Повышенная запыленность тумана

объясняется тем, что, во-первых, благодаря увеличению

размера и веса пылинки' не увлекаются вверх и, во-вто-

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере 137

Таблица 17

Запыленность плотного сухого фронтального тумана [4]

Средне-

европейское

время

Число частиц

пыли в 1 см

Дальность

видимости,

км

Направление

ветра

Скорость

ветра,

м/сек

10 53,7 1

Западное 1

12 49,6 5 »

30,4 17

18,9 32 »

рых, укрупнившиеся частицы полнее охватываются кони-

метрированием [35]. Из табл. 18 ясно видна связь между

относительной влажностью и содержанием пыли и ядер

конденсации.

Таблица 18

Связь между влажностью

и запыленностью [31]

Относительная

влажность, %

Число частиц

пыли в 1 см

Число ядер

конденсации

в 1 см'

30—39

9,6

27,57

•

40—49 12,8 27,03

•

50—59 19,0 21,04

•

60—69

21,0

17,21

•

70—79

30,1

11,98- 10

80—89

30,9

7,48

•

90—100 44,1 5,54

•

Эти данные показывают, что повышение влажности

сопровождается увеличением содержания пыли и, на-

оборот, уменьшением содержания ядер конденсации (см.

также фиг. 27, 29, 31 и 33). Главион [36] и Эффенбер-

гер считают, что уменьшение числа ядер конденсации

вызвано коагуляцией. При повышенной влажности ядра

конденсации укрепляются благодаря действию сил сцеп-

ления и таким образом попадают в область измерения

i 138 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

кониметром. Следующий расчет подтверждает правиль-

ность этого мнения. Если считать, что средний радиус

находящихся в атмосфере ядер конденсации равен

5 • 10~

см [37], а средний радиус частиц, ставших ви-

димыми в результате коагуляции, — 3,5-Ю

-3

см, то по-

вышение относительной влажности от 70 до 100% вы-

зывает уменьшение количества ядер в 1 см

на 6,44- 10

Фиг. 31. Связь между суточным изменением

содержания пыли и содержания ядер конденса-

ции [31].

—

число ядер конденсации в 1 см

] II — число пылинок

в 1 см

; III — отношение числа ядер к числу пылинок.

или их объема — на

/зтс

•

6,44

•

• Ю

-18

см

тс

Х 805-10"

см

', число пылинок, содержащихся в1 см

увеличивается при этом на 14, что соответствует увеличе-

нию объема на

тс

•

3,5

•

Ю"

с.«

•

602 • 10"

сж

Следовательно, уменьшение объема ядер конденсации

приблизительно соответствует увеличению объема

пыли [31].

Увеличение содержания пыли и уменьшение содер-

жания ядер в воздухе перед началом дождя также объ-

ясняется коагуляцией. По мнению Виганда, при повы-

шении относительной влажности интенсифицируется

конденсация водяного пара на ядрах, вследствие чего

они становятся тяжелее и выпадают. Эффенбергер счи-

тает прирост веса ядер слишком незначительным, чтобы

он мог заметно изменить крайне малую скорость их па-

дения.

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

139

В солнечную погоду вне большого города содержа-

ние пыли и содержание ядер конденсации изменяются

на протяжении суток в противоположных направлениях,

тогда как в городе эти два процесса протекают более

или менее параллельно, поскольку источники образова-

ния пыли и ядер конденсации одинаковы [34]. Эффен-

бергер [31], Гинер и Гесс [8] приводят ряд других пока-

зателей связи между содержанием пыли и ядер конден-

сации (например, кривую частного от деления числа

ядер конденсации на число пылинок [11]). Недавно

Амелунг, Беккер и Шпарвассер [38] опубликовали дан-

ные, касающиеся главным образом слоев инверсии и

высокого тумана.

При увеличении числа ядер конденсации значитель-

ное количество витающей пыльцы растений увлекается

туманом и оседает [39].

В заключение следует отметить, что в работе Юнге

[40], посвященной увеличению диапазона охватываемых

кониметром частиц при повышении влажности воздуха,

рассматриваемый вопрос излагается совершенно по-но-

вому (стр. 88 и фиг. 13).

Влияние осадков на содержание пыли

Перед началом или в начале ливня или снегопада

содержание пыли в приземном слое атмосферы повы-

шается вследствие оседания ее из верхних слоев [4]

(фиг. 32, 33). По мнению Дурста [41], днем частицы

выпадают преимущественно за счет осадков Ч Затем за-

пыленность уменьшается благодаря преобладающему

влиянию вымывания пыли осадками и притока чистого

воздуха. После продолжительного дождя содержание

пыли бывает понижено и поэтому считается, что выпа-

дение осадков очищает атмосферу. Шоу и Оуэне [42]

считают, что дождь вымывает из атмосферы только ра-

створимые компоненты загрязнений. Остальная пыль

почти не вымывается, так как перед падающей каплей

Если пылевое облако удерживается в витающем состоянии

главным образом под действием электростатических сил, то выпаде-

ние пыли может произойти вследствие разрядки (вулканическая

пыль).

i 140 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

образуется уплотненный слой воздуха, оттесняющий мел-

кие нерастворимые частицы и не допускающий их со-

прикосновения с каплей. Таким образом, эта часть

пыли оседает только под действием токов воздуха. Дей-

ствительно, исследования показывают, что твердые ве-

щества, обнаруживаемые при анализе дождевой воды,

13 час. 14 час. 15 час.

Ф и г. 32. Изменения содержания пыли во

время ливня [4].

I—число пылинок в 1 см

; II — температура;

III — относительная влажность.

представляют собой главным образом ядра конденса-

ции. Хьюсон [43] также не считает доказанным, что

вымывающее действие дождя заметно уменьшает за-

грязненность воздуха. Это заключение подтверждается

произведенными в 14 больших американских городах

исследованиями, в результате которых не было обнару-

жено очищающего действия дождя [44].

Наибольшая загрязненность воды отмечается в на-

чале дождя (первые потоки с крыш сильно загрязнены

также за счет старых отложений пыли). Летом дожде-

вая вода быстро загнивает; это объясняется присут-

ствием в ней органических веществ (цветочной пыльцы,

остатков мелких насекомых). В 1 м

дождевой воды

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

141

находится до 50 г примесей. Данные 73 анализов, про-

изведенных в Англии, показали, что в 1 л дождевой

воды в среднем содержится 39,5 • 10~

г пыли [45]. В кап-

лях тумана находят обычно значительно больше твер-

дых частиц, чем в дождевой воде.

Измерения радиоактивности пыли, вымытой дождем,

в среднем дают величины того же порядка, что и из-

мерения радиоактивности пыли, находящейся в воздухе

5000

о и

I J I I I I I I I I I

1Бчас. /7час. 18 час. 19 час. 20час. 21 час

Снегопад 17/1111939

Ф и г. 33. Изменения содержания пыли во

время снегопада [31].

—

число ядер конденсации в 1 см//

—

число пыли-

нок в 1 см'] ///—относительная влажность.

или осевшей на землю [28]. Продолжительные наблюде-

ния за радиоактивностью пыли и осадков позволяют

лучше понять процесс вымывания твердых частиц из

атмосферы. Абриба и Пурадье [46] указывают на зави-

симость интенсивности ионизирующего излучения от ко-

личества выпавшего дождя, высоты падения капель и

концентрации' радиоактивных веществ. По мнению Ли-

ста [47], частицы диаметром меньше 5-Ю

-4

см плохо

адсорбируются падающими дождевыми каплями. Од-

нако это противоречит положительной корреляции ак-

тивности с влажностью тропосферы, подтверждающей

значение влажности слоев, через которые проходит

i 142 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

пыль. Эта корреляция была бы понятна при допущении,

что радиоактивные частицы служат ядрами конденсации

и сублимации, но такое допущение ни на чем не осно-

вано. Наоборот, более вероятно, что частицы оседают

на ядрах конденсации и, укрупняясь, уносятся осад-

ками [48]. По данным Прибша [49], капельки осадков

становятся радиоактивными еще в облаке, а не во время

их падения. Следовательно, вымывание не является

единственной причиной увеличения радиоактивности при-

земного слоя атмосферы. Бывают случаи, когда осадки

становятся радиоактивными позже, чем пыль, уловлен-

ная из воздуха на фильтр [50]. Анализируя возможность

вымывания, следует также иметь в виду, что часто ак-

тивность не снижается и при очень продолжительном

выпадении осадков.

Пыль Сахары оседает в Европе обычно только с осад-

ками. Наряду с некоторыми другими видами пыли она

иногда является причиной выпадения так называемых

необычных дождей. К ним относятся:

1. Пыльный дождь—-выпадение коричневой пыли

с дождем или без него.

2. Грязевой дождь — большей частью вулканиче-

ского происхождения [51].

3. Чернильный дождь — дождь, окрашенный пылью

в черный цвет [52, 53].

4. Кровавый дождь — дождь, окрашенный пылью

в темно-красный цвет [54]. Суеверные жители юж-

ной Италии считают его предзнаменованием бед-

ствия.

5. Кровавый снег — снег, окрашенный пылью в крас-

ный цвет [55]. Причиной окрашивания могут слу-

жить также водоросли (Sphaerella nivalis Зоммер-

фельда) или инфузории (Disceraea nivalis).

6. Серный дождь — весенний дождь, смывающий цве-

точную пыльцу, которая окрашивает лужицы

в желтый цвет.

7. Манный дождь — персидский дождь (маннатау),

вымывающий, пригодный для выпечки хлеба

(манна) лишайник, который слабо держится на

сухом грунте и легко отрывается ветром [56].