Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

24-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

Самум — сильный, несущий пыль ветер из Аравийской

пустыни [46, 47].

Сирокко — принятое в Аравии, Палестине и Месопота-

мии название для теплых, очень сухих, принося-

щих много пыли ветров (заимствовано из Аф-

рики).

Шайтан (дьявол) —пыльный тромб в Белуджистане.

Пыльный дьявол — пыльные вихри и тромбы (индийские

ветры этого типа описаны в ряде работ [48—52]).

Танцующие дервиши — песчаные и пыльные тромбы

в пустынях Ближнего и Среднего Востока.

Америка

Черные бури — бури в средней части Северной Америки,

сду-вающие пахотный слой почвы.

Пыльный дьявол — пыльные тромбы.

Памперо — холодный южный ветер в Аргентине, вызы-

вающий сильное внезапное понижение темпера-

туры, резкие шквалы и грозовые ливни. Он подни-

мает и уносит много пыли из сухих прибрежных

областей.

Австралия

Брикфилдер — шквальный ветер в Австралии, несущий

песок и пыль.

Европа

Калина — пыльная мгла, наблюдаемая летом в Испании.

Коссава (коилава) —пыльный ветер в южной Венг-

рии [53].

Сирокко — иногда захватывает Европу и приносит много

пыли из Сахары, выпадающей на обширных про-

странствах. В различных местностях Европы си-

рокко получил различные названия. Например,

лампадитса — на острове Закинтос в Греции, ле-

вехе — в Испании, липе — в Афинах; восточный

сирокко — -феноподобный юго-восточный ветер,

дующий с береговых хребтов между Пилосом и

Кипариссией на западном побережье Мессинского

полуострова. Пыльные сирокко, которые часто

Гл. 1. Значение пыли в геофизике

195

проносятся над южной Италией, редко достигают

Альп. В исключительных случаях они распростра-

нялись до Германии и даже до Англии.

Суховей — сухой пыльный ветер в южных степях Рос-

сии, наносящий урон урожаю [54].

Пыльные ветры западных пустынь и степных обла-

стей Центральной Азии изредка достигают Восточной

Европы [55]. В самой Европе значительными источни-

ками пыли становятся иногда степи Балканского полу-

острова.

Исследования термодинамики пыльных бурь еще не-

достаточно полно объясняют их возникновение, вслед-

ствие чего прогноз их пока затруднен. С помощью аэро-

логических зондов установлено, что для возникновения

пыльных бурь необходима скрытая термодинамическая

неустойчивость атмосферы, обусловленная сильным на-

гревом почвы (чаще в мае и июне между 16 и 18 часами)

или вторжением холодных масс воздуха в связи с круп-

номасштабным или локальным холодным фронтом [56].

Дисей и Мвл [57] установили, что неустойчивости

атмосферы и сверхадиабатического температурного гра-

диента в приземных слоях еще недостаточно для воз-

никновения пыльных бурь. Необходимо дополнительное

воздействие холодного фронта, конвергенции ветра и

притока холодного воздуха при приближении грозы.

Прогнозу пыльных бурь помогает наблюдение за изме-

нениями метеорологических факторов в течение дня.

Для возникновения пыльных ветров неустойчивость

атмосферы и наличие сверхадиабатического градиента

в приземных слоях не являются необходимыми предпо-

сылками. На основании исследований в Юго-восточной

Австралии Десмонд и Рейдок [58] пришли к заключе-

нию, что между пыльной бурей и холодным фронтом не

существует прямой причинной связи, в противополож-

ность тому, что наблюдается при морских бризах. Срав-

нение времени прохождения холодного фронта и пыльной

бури с помощью синоптических карт подтверждает это

заключение. Оно согласуется также с взглядом на пыль-

ную бурю, как на явление, связанное с сильно выражен-

ной конвекцией на ограниченных пространствах, которое

13*

24-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

возникает из сочетания неустойчивого равновесия в ниж-

них слоях атмосферы и влажноадиабатического охлажде-

ния воздуха при его опускании. Веръярд [59] также счи-

тает важным фактором охлаждение воздуха, вызывае-

мое испарением дождевых капель, так как дождь и гроза

часто предшествуют пыльной буре. Поэтому для ее пре-

сказания следовало бы учитывать наряду с направле-

нием порывов ветра также развитие кучево-дождевых

облаков и интенсивность выпадения дождя. Однако эти

данные недостаточно об-

легчают прогноз.

При пыльной буре на-

блюдается обычно перио-

дическое изменение ско-

рости ветра, и нарушения

этой периодичности поз-

воляют предсказать окон-

чание бури [60]. Перенос

пыли и песка зависит

от вертикальных потоков

воздуха. Поскольку сум-

ма горизонтальной и вер-

тикальной скоростей до-

стигает максимума в го-

лове шквала, а горизон-

тальная скорость в первой волне относительно мала,

первый порыв бури уносит большое количество песка и

пыли. Скорость ветра позади пылевой стены больше ско-

рости перемещения пыльной бури. Это указывает на на-

личие соответствующих вертикальных движений, кото-

рые, по данным Кошмидера [23, 61], можно обнаружить

в холодном воздухе позади фронта (фиг. 52). Большая

скорость ветра не является достаточным и необходимым

условием для образования пылевых стен.

Причины возникновения мелкомасштабных вихрей

также еще окончательно не выяснены. По-видимому, это

явление вызывается главным образом силами сдвига

ветра [62].

По мнению Птижана [25], при пыльных бурях, вы-

званных потоками теплого воздуха, пыль, поднятая го-

ризонтальными вихрями пограничного слоя на высоту

Направление движения

воздушного потока

Фиг. 52. Схема воздушных пото-

ков при пыльной буре в массе

холодного воздуха (по данным

Кошмидера [23]).

Расчет в системе с твердой стенкой.

Гл. 1. Значение пыли в геофизике

197

100—500 м, захватывается и уносится ветрами, имею-

щими большую скорость. При пыльных бурях этого

рода появления пылевых стен не наблюдается. Если

теплый воздух поднимается над массой холодного, то

возникает облако пыли. Оно окружено со всех сторон

(в том числе и снизу) холодным воздухом и поэтому мо-

жет существовать в течение длительного времени, уно-

ситься на большие расстояния и вызывать там массовое

выпадение пыли.

Массовое выпадение пыли

Тогда как явления пыльных вихрей и бурь тесно свя-

заны со свойствами поверхностных слоев почвы, распо-

ложение мест массового выпадения пыли зависит глав-

ным образом от местонахождения источников пыле-

образования и от общего синоптического положения

(перемещения воздушных масс). Следующие примеры

характеризуют процесс массового выпадения пыли.

Грандиозное выпадение пыли произошло в Европе

9—12 марта 1901 г., когда на площади 470 000 км

осело

около 1 800 000 т ее. Оно побудило ученых к проведению

подробных исследований [63—66]. Из фиг. 53 видно, что

красная пыль, увлекаемая бурей, распространилась от

Южного Алжира до Северной Германии, т. е. на рас-

стояние 4000 км.

Гельман и Мейнардус [66] привели ряд доказательств

африканского происхождения этой пыли:

а) пыль выпадала тем позже, чем севернее было рас-

положено место ее выпадения;

б) мощность отложений уменьшалась по направле-

нию к северу;

в) на пути с юга на север отмечалось падение удель-

ного веса и уменьшение размера частиц. Напри-

мер, диаметр пылинок равнялся в Палермо

11-Ю

-4

—13-Ю

-4

см, а в Бергедорфе у Гам-

бурга — 3,8

•

10"

— 9

•

-4

см. Все частицы

кварца, выпавшей в Северной Германии, состав-

лял в среднем 3 • 10~

г;

24-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

г) пыль была окрашена в красновато-коричневато-

желтый цвет и не содержала вулканических ком-

понентов;

Ф и г. 53. Выпадение красной пыли, поднятой бурей

в Центральной Африке, на территории до Балтийского

моря в период времени с 9 по 12 марта 1901 г. [66].

Участки выпадения пыли покрыты точками.

д) одновременно (с 10 по 12 марта) следовал циклон

от Туниса до южного побережья Балтийского

моря;

е) южный поток воздушных масс господствовал и на

высоте 2500 м. Теплая волна сирокко двигалась

в этом потоке со скоростью 70 км/час, т, е. со ско-

ростью перемещения пыли.

Гл. 1. Значение пыли в геофизике

199

Неоднократные перерывы в выпадении пыли показы-

вают, что верхний воздушный поток заполнен ею нерав-

номерно. Раньше по выпадению пыли определяли пути

движения верхних воздушных потоков. В настоящее

время эти пути определяют с помощью аэрологических

20' 10* 0° 10" 20'

10' о° ю'

Фиг. 54. Выпадение пыли в феврале 1903 г. [71].

Направление путей следования показано стрелками, а места выпадения

пыли заштрихованы.

измерений, что дает, наоборот, возможность установить

происхождение пыли. Например, на основании траекто-

рий движения верхних воздушных потоков Брандтнер

[67] установил, что источником пыли, выпавшей 29 марта

1947 г. в Западной Европе, является область лёссовых

почв у северо-западного края Сахары. Эта пыль со-

стояла из глины, окрашенной окисью железа в красно-

ватый цвет, и мельчайших кристалликов соли игольча-

той формы (размер частиц 0,5-Ю

-4

—1 • Ю

-4

см). Во

Франции выпал дождь красного цвета, а в Марселе —

даже грязевой дождь. В Юго-западной Германии эта

пыль была заметна по бледной красновато-желтой

24-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

окраске облаков, похожей на окраску, наблюдаемую пе-

ред сильной грозой.

Выпадения пыли, происшедшие в январе 1902 г. [68] и

феврале 1903 г. [69—71] одновременно в Англии и Цен-

тральной Европе, отличались от других выпадений прн-

Ф и г. 55. Область выпадения пыли в Атлантическом океане в зоне

северо-восточного пассата, называемая „Морем мрака" (по данным

Германской морской обсерватории [81]).

носимой из Сахары пыли, так как путь движения воз-

душного потока из Западной Сахары отклонился в сто-

рону Канарских островов, Мадейры и Португалии

(фиг. 54).

Чаще и регулярнее происходят сухие (без осадков)

выпадения пыли из Сахары над Атлантикой у северо-

западного побережья Африки, так как они обусловлены

постоянным пассатным течением [72—81] (фиг. 55). По

статистическим данным Енча [82], в Северной Атлантике

с 1891 по 1908 г. пыль выпадала 500 раз. Наиболее

Гл. 1. Значение пыли в геофизике

201

часто выпадения пыли происходят в феврале (21,6%),

их вторичный максимум наблюдается в августе (10,4%),

а минимум — в ноябре (1,6%). Эта область Атлантики

называется «Морем мрака».

От песчаной пыли из Сахары, выпадающей в «Море

мрака», следует отличать мелкую диатомовую харматан-

ную пыль (фиг. 56) [33, 39—44]. Основными компонен-

Ф и г. 56. Область выпадения пыли в зоне действия

харматана [81].

тами пыли из Сахары являются кварц, слюда и извест- -

ковый шпат, а харматанная пыль, приносимая из Запад-

ной Гвинеи, состоит главным образом из кремния и ди-

атомей — пресноводных водорослей, содержащих крем-

ний (см. табл. 26).

Много пыли выпадает также в Желтое море. Отме-

чены случаи, когда корабли, плавающие у берегов Япо-

нии, были покрыты налетом лёссовой пыли, приносимой

из Китая [55].

В Европе выпадения пыли на обширных про-

странствах происходят редко. Чаще наблюдаются вы-

падения на небольших территориях, причем источником

пыли служит Азия или сама Европа в зависимости

24-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

от географического расположения данной территории

[83—98].

В наших широтах пыль обычно выпадает вместе с до-

ждем или снегом. Однако следует иметь в виду, что «су-

хое» выпадение пыли не так легко заметить. Ниже,

в табл. 34, приведены данные, позволяющие судить

о количествах выпадающей пыли. О минерало-

гическом составе эоловых осаждений сообщает Го-

бер [99].

По мнению Главиона [96], в Европе проблема выпа-

дений пыли из Сахары связана, по-видимому, с пробле-

мой календарных особенностей. Из сопоставления

120 случаев выпадения пыли приведем три примера. Вы-

падения наблюдались:

а) 3 мая 1821 г. в Гисене (Германия),

3 мая 1887 г. в Южном Тироле,

3 мая 1892 г. в Швеции,

3 мая (год неизвестен) в Северной России, Фин-

ляндии и Швеции;

б) 15 мая 1830 г. на о-ве Мальта,

15 мая 1834 г. на о-ве Сардиния,

15 мая 1840 г. в Средиземном море,

12—15 мая 1889 г. на о-ве Сардиния, в Тоскане,

Лигурии и Ломбардии;

в) 31 декабря 1856 г. в Швеции,

31 декабря 1862 г. в Швеции

(Из этих данных нельзя сделать вывода о наличии

каких-либо определенных взаимосвязей.) Главном пред-

полагает также, что эти выпадения пыли находятся в со-

ответствии с календарными особенностями тропиков.

«Выпадения пыли из Сахары представляют собой одно

из проявлений грандиозного периодически повторяюще-

гося процесса». Это предположение правдоподобно по-

тому, что, например, каждому выпадению пыли из Са-

хары предшествовало вторжение арктических холодных

воздушных масс.

Источником выпадающей пыли может служить не

только почва засушливых областей, но и вулканы. На-

пример, Григгс [100] описал выпадение пыли, вызванное

извержением вулкана Катмая. Большие лесные пожары

Гл. 1. Значение пыли в геофизике

203

также могут быть источником выпадения пыли. Интере-

сен случай выпадения превратившейся в пыль золы на

Азорских островах после пожара в Чикаго [99]. Взрывы

атомных бомб также являются причиной выпадения

пыли. Например, через 6 час. после взрыва водородной

бомбы с оболочкой из U

238

, произведенного 1 марта

1954 г. в Тихом океане, японские рыбаки наблюдали на

расстоянии 120 км от места взрыва продолжавшийся

3 часа пылевой дождь, который содержал радиоактивные

частицы со средним диаметром 0,01 см [101].

Видимое излучение

Обычно атмосфера является дисперсной коллоидной

системой. Она вызывает такие же оптические явления,

как гидрозоли и другие мутные среды, например эффект

Тиндаля, дифракционные венцы, поляризацию рассеян-

ного света и т. д. [102]. При прохождении через атмо-

сферу солнечный свет ослабляется. Это происходит

вследствие нормального рассеяния, избирательного по-

глощения газами, постоянно присутствующими в атмо-

сфере, а также водяным паром и кроме того, вследствие

дополнительного рассеяния аэрозолями. Интенсивность

рассеяния света мелкими пылинками обратно пропор-

циональна второй степени длины световой волны, а бо-

лее крупные пылинки рассеивают почти одинаково свет

различной длины волны [103—105]. Рассеяние света скоп-

лением частиц не зависит от длины волны, если их рас-

пределение по размерам описывается степенной функ-

цией [106].

Классификация оптических явлений -в атмосфере по

вызывающим их примесям не представляется возмож-

ной. Надежным принципом классификации служат лишь

оптические процессы, лежащие в основе этих явлений:

дифракция, преломление и отражение (поглощение).

Пыль играет существенную роль только при дифрак-

ции и отражении; следовательно, она влияет на яр-

кость, окраску, поляризацию рассеянного света, ви-

димость, а также на возникновение дифракционных

венцов [107].