Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

173

ному обмену толщина ее увеличилась и вследствие про-

цессов восходящего скольжения ее нижняя граница под-

нялась на высоту с 2700 до 5000 м над США, до 5600 м

100° 90° 80° 70° 60° 60 40°

Фиг. 47. Пути движения от Невады (США) к средней Европе

радиоактивных облаков, возникших при взрывах атомных бомб

19.V н 4.VI 1953 г. [50].

Изображенные на карте траектории представляют собой средние пути движения

радиоактивного облака, иллюстрирующие перемещение центра тяжести большей

части радиоактивных осколочных продуктов, возникших вследствие взрывов атом-

ных бомб. Петля над южной частью США изображает область концгнтрирован-

иого отложения радиоактивной пыли. Севернее Шотландии и над Северной Афри-

кой отмечены важные области дивергенции.

над Атлантическим океаном и 9500 м над Шотландией

[128]. Если суспензия попадает в ведущий поток, то на

протяжении суток она может перенестись на расстояние

6000—8000 км без заметного изменения концентрации.

При исследованиях можно также использовать наблю-

дения с помощью уравновешенных дрейфующих ша-

ров [129].

i 174 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Нейвирт [50], исследуя распространение осколочных

продуктов, образовавшихся в результате взрывов атом-

ных бомб, указал, что наряду с факторами, обусловли-

вающими распространение осколочных продуктов атом-

ных взрывов, большое значение имеют области концен-

трированного отложения радиоактивных частиц, которые

могут стать вторичными источниками радиоактивной

пыли (фиг. 47). Приблизительно через 8 час. после

взрыва атомной бомбы вблизи земной поверхности, в ре-

зультате которого в атмосферу выбрасываются радио-

активные вещества, в воздухе остаются лишь частицы

размером менее 75- 10~

см, составляющие около поло-

вины первоначального числа частиц. Большая их часть

имеет диаметр меньше 5 • Ю

-4

см. В этом процессе на-

ряду с гравитационным осаждением существенную роль

играет броуновское молекулярное движение. Частицы

размером менее 5 • 10"

см остаются в воздухе более

70 дней [130]. Вместе с оседанием частиц центр тяжести

облака медленно перемещается вниз [131]. При исследо-

вании распространения суспензий на больших простран-

ствах следует принимать во внимание вращение земного

шара вокруг своей оси, в результате которого может про-

изойти отложение нескольких слоев пыли в одном и

том же месте.

Разрешение проблемы распространения пыли позво-

лит давать прогнозы запыленности атмосферы, если из-

вестны факторы, обусловливающие запыленность. Од-

нако в настоящее время мы еще недостаточно знаем эти

факторы и зависимость их от времени. Поэтому речь

пока может идти лишь о том, чтобы попытаться исполь-

зовать статистические методы для составления прогно-

зов общей запыленности атмосферы и выпадения пыли

хотя бы на небольших пространствах [132].

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТИЦ ПЫЛИ ПО РАЗМЕРАМ

Распределение частиц пыли по размерам зависит от

следующих пяти факторов: 1) источника пыли; 2) сил,

под действием которых происходит распространение

пыли; 3) состояния атмосферы; 4) расположения мест-

ности по отношению к источнику пыли; 5) времени.

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

175

1) В месте возникновения пыли частицы ее распре-

делены по размерам некоторым определенным образом,

более или менее сложным, в зависимости от рода источ-

ника пыли. В одних случаях это распределение охваты-

вает относительно большой спектр размеров частиц

(обычно дисперсионных), в других преобладают частицы

одного размера (например, цветочная пыльца однород-

ного состава).

2) Силы, под действием которых происходит распро-

странение пыли, могут влиять на распределение ее ча-

стиц по размерам. Взрывные силы не оказывают такого

влияния, если их не рассматривать как источник возник-

новения пыли. Тяга трубы отопительного устройства

также почти не изменяет исходного распределения ча-

стиц по размерам. Только при наличии в трубе фильтра

увеличивается относительное число более мелких частиц.

В противоположность этому на распределение частиц по

размерам влияет сила ветра, действующая независимо

от источника пылеобразования, согласно присущим ей

законам. Тип кривой, описывающей распределение, ча-

сто позволяет судить о способе возникновения запылен-

ности.

3) Состояние атмосферы и происходящие в ней яв-

ления, так же как и сила ветра, влияют на распределе-

ние частиц пыли любого происхождения по размерам.

Кроме того, заметное действие на пылинки оказы-

вают в атмосфере гравитационные силы, влажность,

осадки и электрические силы.

4) Поскольку силы, обусловленные состоянием и дви-

жением воздуха, действуют на частицы разной величины

неодинаково, распределение частиц по размерам претер-

певает сдвиг по вертикали и горизонтали, увеличиваю-

щийся по мере удаления от источника пыли.

5) Существенное значение имеет также продолжи-

тельность передвижения пылинок под действием ветра и

силы тяжести, так как в процессе передвижения распре-

деление частиц по размерам изменяется вследствие осе-

дания одних и поступления других. Особый интерес

представляют результаты исследования количества ви-

тающей пыли в ограниченном пространстве, показываю-

щие, что ее распределение по размерам может меняться

i 176

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

и при отсутствии поступления пылинок извне или их осе-

дания. Это явление объясняется постепенной коагуля-

цией мельчайших частиц.

Например, Теверовский [133] нашел, что в столбе

дыма, содержащего

\w\

W л

•

•16/111951,20 час.

+17/111951, 10 час

16/111951,

10 час.

о 19/111951,18 час.

ю'

10°

10-

70-

10~

1010

Радиус частицам

Фиг. 48. Изменение распре-

деления частиц по размерам

при вторжении морского воз-

духа, Происшедшем в ночь

с 17 на 18 февраля 1951 г. [134].

частиц в 1 см

, средний

радиус частиц возрос на про-

тяжении 1 км от 0,2

•

-4

см

до 0,4 • Ю

-4

см, а их общее

число уменьшилось.

Эти данные, а также

найденный Юнге [134, 135]

в нормальном континенталь-

ном аэрозоле закон распре-

деления частиц по размерам

(в пределах рассматривае-

мого диапазона крупности)

указывают на основные про-

цессы, присущие аэрозолям.

Оказалось, что число ча-

стиц уменьшается обратно

пропорционально третьей

степени их радиуса. Вслед-

ствие этого на каждую фрак-

цию пыли приходится при-

мерно одинаковое количе-

ство вещества. В аэрозолях,

возникновение которых свя-

зано с деятельностью чело-

века, благодаря конденса-

ции и сублимации пересы-

щенных паров образуется

значительно больше ядер

Айткена по сравнению с

данными Юнге (показатель

степени больше 3). Однако

даже в воздухе большого

города, богатом'ядрами кон-

распределения частиц по раз-

денсации, не наблюдалось

мерам, отличного от распределения Юнге. Поэтому надо

допустить, что одновременно протекает процесс коагуля-

ции, благодаря которому ядра конденсации укрупняются,

Литература

is i

попадают под действие силы тяжести и оседают. Это яв-

ление отчетливо наблюдается при исследовании искус-

ственных процессов сгорания. Таким образом, коагуля-

ция способствует постоянству распределения массы во

всей области размеров частиц независимо от величины

их радиуса. Изменение распределения частиц по разме-

рам, совершающееся, например, при вторжении мор-

ского воздуха (фиг. 48), который приносит с моря боль-

шое количество еще некоагулированных первичных ядер,

служит наглядным примером восстановления нарушен-

ного «динамического равновесия». Характерная связь

между числом частиц и их радиусом наблюдается по

всей шкале размеров частиц, входящих в область пыли.

Зидентопф в своих замечаниях к работе Юнге [134]

указывает, что «закон » распространяется также и на

межзвездную материю, в том числе на микрометеоры и

кометы. Характер оптических явлений, вызванных атмо-

сферной дымкой, лишь частично подтверждает указан-

ную закономерность. Вольц [136] установил, что вызы-

ваемое атмосферной дымкой ослабление солнечного

света, зависящее от вида и размеров частиц аэрозоля,

сильно колеблется в зависимости от времени года. Эти

колебания не связаны с изменением интенсивности рас-,

сеяния света в атмосфере или с изменением погоды. Сле-

довательно, частицы дымки не подчиняются «закону-5».

Найденное распределение частиц по размерам, яв-

ляясь более или менее типичным для обычного континен-

тального аэрозоля, не охватывает все виды атмосферной

пыли. Однако приведенные данные указывают на неко-

торые общие закономерности изменений, претерпевае-

мых частицами с момента их образования, а следова-

тельно, и на изменения их распределения по размерам.

ЛИТЕРАТУРА

1. Wegener A., Thermodynamik der Atmosphare, 256 (1911).

2. Cunningham, Proc. Roy. Soc., A 83, 357, London (1910).

3. Hahn F. V., von, Dispersoidanalyse, 254, Leipzig, 1928.

4. Rotschke M., Untersuchungen iiber die Meteorologie der Staub-

atmosphare, Veroff. d. Geophys. Inst", XI, H. 1, Leipzig (1937).

lg В. фетт

i 78 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

5. Brezina R., Schmidt W., Das kiinstliche Klimd in der

Umgebung des Menschen, Stuttgart, 1937.

6. Meet ham A. R., Natural Removal of Pollution from the

Atmosphere, Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 76, 359 (1950).

7. Schmidt W., Der Massenaustausch in freier Luft und verwandte

Erscheinungen, Probleme der kosmischen Physik 7 (1925).

8. G i n e r R., Hess V. F., Studie fiber die Verteilung der Aero-

sole in der Luft von Innsbruck und Umgebung, Gerlands

Beitr. z. Geophys., 50, 22—43 (1937).

9. Lett a u H., Die Wirksamkeit einer GroBstadt als Quelle von

Luftverschmutzung, Gerlands Beitr. z. Geophys., 31, 387—397

(1931).

10. Lett au H., Weiterfiihrung der Freiballon-Untersuchungen fiber

effektiven Vertikalaustausch und Luftmassen-Alterung mit

Anwendung auf die Frage der Landverdunstung, Meteor. Z.,

54, 406—412 (1937).

11.Dorffel K-, Lettau H., R б t s с h к e M., Luftkorperalterung

als Austauschproblem auf Grund von Staub- und Kerngehalts-

messungen, Meteor. Z„ 54, 16 ff. (1937).

12. Reeger E., S i e d e n t о p f H., Staubmessungen in der frcien

Atmosphare, Z. f. Meteor., 4, 136—140 (1950).

13. S ied entopf H„ Phys. Bl. 4, 257 (1948).

14. G б t z F. W. P., P e r

G., Dunst und Staub nach Filterrnessun-

gen der Sonnenstrahlung, Verh. d. Schweiz. Naturforsch. Ges.,

129. Versamml. (1949).

15. К r u g - P i e

s t i с к e r U., Messungen der Sonnenstrahlung

bei Flugzeugaufstiegen bis 9 km Hohe, Ber. d. Dt. Wetterdi-

enstes i. d. US-Zone, Nr. 8 (1949).

16. Penndorf R., The Vertical Distribution of Mie-Particlcs in the

Troposphere, J. Meteor., 11, 245—247 (1954).

17. В i g g E. K-, Detection of Atmospheric Dust and Temperature

Inversions by Twilight Scattering, Nature, 177, 77—79 (1956).

18. Bigg E. K-, The Detection of Atmospheric Dust and Tempera-

ture Inversions by Twilight Scattering, J. Meteor., 13, 262—

268 (1956).

19. Flo gel J. H. L., Ober die Moglichkeit, vulkanischen Staub in

den atmospharischen Niederschlagen nachzuweisen, Meteor. Z.,

1, 81 (1884).

20. Hewson E. W., The Meteorological Control of Atmospheric

Pollution by Heavy Industry, Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 71,

266—282 (1945).

Литература 179

21. Peppier W., Beobachtung der Doppelschichtung eines Rauch-

streifens, Meteor. Z., 46, 33 (1929).

22. Liesegang R. E., Schichtenbildung in der Atmosphare,

Meteor. Z„ 55, 184—185 (1938).

23. Humphreys W. J., Dust Layers in the Atmosphare, Bull.

Meteor. Weather, 4, 397 (1912).

24. Schmidt, Zur Verteilung radioaktiver Stoffe in der Luft,

Phys. Z„ 27, 371 (1926).

25. M i у а к e Y., The Artificial Radioactivity in Rain Water Obser-

ved in Japan from May to August, 1954, Pap. Meteor. Geophys.,

5, 178—181 (1954).

26. M о r i о M., The Radioactive Dust from the Nuclear Detonation,

Bull. Inst. Chem. Res. Kyoto Univ., Suplementary Issue, No-

vember, 1954.

27. Thirteenth Semiannual Report of A. E. C. (Monitoring System in

USA).

28. I s h i i C., Method of Measurement of Radioactive Dusts in the

Upper Air by Radiosonde, Proc. Internat. Conf. on the Peace-

ful Uses of Atomic Energy, 9, 747—751, New York, 1956.

29. Wexler N., Machta L., Pack D. N.. White F. D.,

Atomic Energy and Meteorology, Proc. Internat. Conf. of

the Peaceful Uses of Atomic Energy, 8, P/276, New York,

1956.

30. Niemann A., Der organismische Anteil des Aerosols — Das

Aeroplankton, Z. Forsch., Therap., 4, 105—115 (1955).

31. Effenberger E., Kern- und Staubuntersuchungen am Collm-

berg, Veroff. d. Geophys. Inst., XII, H. 5, Leipzig (1940).

32. R e i f f e r s с h e i d H„ Zum Keimgehalt der Luft, Ann.

d. Meteor., 5, 363—367 (1952).

33. Wright H. L., Observations of Smoke Particles and Conden-

sation Nuclei at Kew Observatory, Geophys. Mem. 57, Nr. 57

(1932).

34. Burckhardt H., Flohn H., Die atmospharischen Konden-

sationskerne, Abh. a. d. Gebiet der Bader- und Klimaheilkde,

H. 3, Berlin, 1939.

35. Meetham A. R., Natural Removal of Atmospheric Pollution

During Fog. Quart., J. Roy. Meteor. Soc., 80, 96—99 (1954).

36. Glavion H., Staub und Staubfalle in Arosa, Beitr. z. Phys. d.

freien Atmosph., 25, 1—43 (1938) (mit 16 Abb.).

37. Find ei sen H., Beitr. z. Phys. d. freien Atmosph., 25, 220

(1939).

12*

i 180

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

38. Amelung W., Becker F., Sparwasser N., Neiie Unter-

suchungen iiber den Kern- und Staubgehalt der Luft im Mittel-

gebirge, Heilbad u. Kurort, 2, 208 (1950); o. a. Schriftenr. Dt.

Baderverb., H. 7, 99 (1951).

39. G u t z w i 11 e r N., Versuche fiber Ausfallung von in der Luft

schwebendem Pollenstaub. Hohenklima — Forsch., Basler

Physiol. Inst., 2, 85 (1948).

40. J u n g e Chr., Die Konstitution des atmospharischen Aerosols,

Ann. d. Meteor., 5, Beih. (1952).

41. Durst C. S., Dust in the Atmosphere, Quart. J. Roy. Meteor.

Soc., 61, 81—89 (1935).

42. S h a w Sir N., Owens S., The Smoke Problem of Great

Cities, London, 1925.

43. Hews on E. W., Atmospheric Pollution, Compend. Meteor..

1139—1157, Boston, 1951.

44. Ives J. E., u. a., Atmospheric Pollution of American Cities for

the Years 1931 to 1933, Publ. Health. Bull., No 224, Washington,

1936.

45. К a s s n e r C., Das Reich der Wolken und Niederschlage, 66

(1909).

46. Abribat M., Pouradier J., C. R. des seances de l'Acad.

des sci., 237, 1233 (1953).

47. List, Bull. Amer. Meteor. Soc., 35, 315 (1954).

48. Schaefer V., Bull. Amer. Meteor. Soc., 35, 230 (1956).

49. Priebsch A., Gerlands Beitr. z. Geophys., 36 (1932).

50. Neuwirth R., Meteorologische Auswertung von Messungen

der kiinstlichen Radioaktivitat der Luft und des Nieder-

schlags, Geofis. pura appl., 32, 147—158 (1955/III).

51. Schmidt W„ Z. f. angew. Meteor., 53, 7—11 (1936).

52. Tintenregen, Meteor., Z„ 6, 35 (1889).

53. Tintenregen in Paris, Meteor. Z., 19, 272 (1902).

54. Ein Blutregen in Briissel im Jahre 1646, Meteor. Z„ 18, 280—282

(1901).

55. Roter Schnee (in Osterreich), Meteor. Z„ 33, 249 (1916).

56. Gaubert P., Mem. de l'Off. Nat. Meteor, de France, Paris,

Nr. 27, 50.

57. К u p J., Vergleichende Untersuchungen mit dem Konimeter und

dem Owensschen Dust-Counter, Bioklimat. Beibl., 9, 34—52 (1942).

58. Ill e л e й x о в с к и й Г. В., Задымление городов, М.—Л., 1953;

Dt. Zusammenfass. v. Martens В., Verunreinigung der Luft in

Stadten durch Rauch. Techn., 8, 26—30 (1953).

Литература is i

59. Davidson W. F., A Study of Atmospheric Pollution, Month.

Weather Rev., 70, 225—234 (1942).

60. Great Britain, Meteorological Office Advisory Committee on

Atmospheric Pollution, Report on Observations in the Year

Ending March 31st, 1925, Rep. Adv. Comm. Atmosph. Pollut.,

No 11, M. O. 280, 42, London, 1925.

61. Kimball H. H., Hand I. F., Investigations of the Dust Con-

tent of the Atmosphere, Month. Weather Rev., 59, 349—352

(1931).

62. Schmidt W., Schweben von Teilchen in Luftwirbeln, Meteor.

Z„ 30, 171—174 (1913).

63. Great Britain, Department of Scientific and Industrial Research,

Atmospheric Pollution in Leicester, A Scientific Survey, Techn.

Pap. Atmosph. Pollut. Res., No 1, London, 1945.

64. Walter W., Neue morphologisch-physikalische Erkenntnisse

iiber Flugsand und Diinen, Rhein-Main, Forsch.-H., 31 (1951).

65. H a n d I. F., Atmospheric Contamination over Boston, Massa-

chusetts, Bull. Amer. Meteor. Soc., 30, 252 (1949).

66. W a 11 h e r J., Einleitung in die Geologie als historische Wis-

senschaft, Bd. Ill, 798, Jena, 1894.

67. Firket J., Fog Along the Meuse Valley, Trans. Faraday Soc.,

32, 1192—1197 (1936).

68. Fletcher R. D., The Donora Smog Disaster, A Problem in

Atmospheric Pollution, Weatherwise, 2, 56—60 (1949).

69. Wexler H„ u. a., Air Pollution in Donora, Pa., Preliminary

Report, Publ. Health. Bull. Wash., Nr. 306 (1949).

70. L б b n e r A., Horizontale und vertikale Staubverteilung in einer

Groflstadt, Veroff. d. Geophys. Inst. VII, 53, Leipzig (1935).

71. Geiger R., Das Klima der bodennahen Luftschicht, Braun-

schweig, 1950.

72. Flach E., Ober ortsfeste und dewegliche Messungen mit dem

Scholzschen Kernzahler und dem Zeissschen Freiluftkonimeter,

ein Beitrag zur bioklimatischen Gelandeaufnahme I, Z. f.

Meteor., 6, 97—112 (1952).

73. Free E., Die RuSteilchen der Luft in New York, Heating and

Ventilating, 25, 90 (1930); ref. in Gesundh. — Ing., 719 (1930).

74. К a s s n e r C., Das Wetter und seine Bedeutung fiir das prak-

tische Leben, 127, Leipzig, 1908.

75. Kister, Bericht iiber die in Hamburg ausgefiihrten Rauch-und

Rufiuntersuchungen, Gesundh. — Ing., 33, Nr. 2 (1910) (Mefier-

gebnisse, Vergleich mit anderen Stadten, Literaturhinweise).

i 182 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

76. R u b п е г М., Ober die Wintertage nebst Untersuchungen zur

sog. Rauchplage der GroBstadte (5 Abschnitte), Arch. f. Hyg.,

57 (1906).

77. R u s s e

W. J., On the Impurities of London Air. Month. We-

ather Rep. Meteor. Off. (1885), August (fiber den Kohlegehalt

der Londoner Luft).

78. Kratzer A., Das Stadtklima, Wissensch. 90, 20—21, Braun-

schweig, 1937.

79. Gesundh. — Ing., 829 (1930).

80. Parker A., Nature, 155, 682 (1945).

81. Lob пег A., Zehn Jahre Regenwasseranalysen — ein Beitrag

zur Ortsfiblichkeit von Staubniederschlagen, Gesundh. — Ing.,

70, 196—200 (1949).

82. Falke H., Der EinfluB von Trfimmerflachen auf den Luftstaub-

gehalt von kriegszerstorten Stadten, Gesundh.— Ing., 71, 29

(1950).

83. К о с к e r i t z A., Klima von Bitterfeld, Dipl. — Arb. Humboldt —

Univ., Berlin; nach Messungen d. ehem. Rauchgaslabor. (Dr.

Schwel) und spaterem Betriebslabor. d. Elektrochem. Koinbi-

nats Bitterfeld (1956).

84. Great Britain, Department of Scientific and Industrial Research,

Atmospheric Pollution in Leicester, A Scientific Survey, Techn.

Pap. atmosph. Pollut. Res., No 1, Lond. (1945).

85. Grear Britain, Meteorological Office, Advisory Committee on

Atmospheric pollution, Report on Observations in the Year

Ending March 31st, 1921 — and later Reports, Rep. Adv. Comm.

Atmosph. Pollut., Nr. 7 u. folg., London, 1922ff.

86. M e e t h a m A. R„ La pollution atmospherique, Meteor., 25, 1

(1949).

87. R u s s e 11 W. J., Stadtnebel und ihre Wirkungen, Meteor. Z.,

9, 12—21 (1892).

88. Giner R., Ober Staubzahlungen in Badgastein, Bioklimat.

Beibl., 108—112 (1937) (Messungen mit Owens — Zahler, Ta-

gesgang in verschiedenen Hohen und an verschiedenen typi-

schen Standorten).

8S. К a h

e г K-, В r a n d t n e r G., Messungen des Staubgehalts

in Bad Tolz, Bioklimat. Beibl., 58—62 (1938) (16 synchrone

Konimetermefireihen).

90. Meld au R., Beitrage zur Frage des Rauches und Staubes

in GroBstadten, МЫ. d. Berliner Bez. — Ver. Dt. Ing., 25—33

(1927).