Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

Гл. 1. Определение понятия «пыль» 23

Таблица 2

Классификация мелкозернистой почвы [10]

Наименование

Характерный

признак

Классификация

Диапазон размеров

частиц, см

Песок

Быстро осе-

Крупнозер-

дает в воде

нистый ....

0,1-0,2

Среднезер-

нистый .... 0,05—0,1

Мелкозер-

нистый ....

0,025—0,05

Частицы, спо- Медленно

Пыль крупно-

собные отмучи- оседают в воде

зернистая . . 10- Ю

-4

—250-Ю

-4

ваться, или гли- Пыль средне-

нистые частицы

зернистая . .

•

-4

—10

•

-4

Пыль мелко-

зернистая 1,5

•

-4

—5

•

-4

Ил < 1,5

•

-4

Таблица 3

Классификация Аттерберга

Наименование

Диапазон размеров

частиц, см

Крупнозернистый песок

10~

-2-

КГ

Мелкозернистый песок

20 10~

-2-

-3

Пылевидный песок

ю-

--2

ю-

Мельчайшая пыль (глинистые частицы) . . <2 • 10

-4

Большая часть лёсса состоит из частиц диаметром

10—50- 10~

см, которые способны витать в воздухе. По

размерам и свойствам они соответствуют общему пред-

ставлению об атмосферной пыли и поэтому почвоведы

могут с достаточным основанием называть эту фракцию

почвы «пылевидной».

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Итак, можно считать, что область максимума круп-

ности, определенного по спектру массы частиц, находя-

щихся в нижних слоях атмосферы (над зоной микро-

климата), позволяет судить о сосредоточении атмосфер-

ной пыли. Как было отмечено, Юнге определяет этот

максимум, исходя из частоты распределения частиц по

размеру, но лучше основываться на частоте распределе-

ния их по массе. При этом вследствие влияния введен-

ной в расчет величины г

масса пыли концентрируется

около частиц, размеры которых на 0,5—1 порядок

больше, т. е. составляют Ю

-4

— Ю

-3

см.

Такое определение 'понятия «атмосферная пыль» наи-

более объективно отражает ее сущность и значение и не

устанавливает жестких границ размеров ее частиц. В со-

ответствии с ним в данной работе рассматриваются

мельчайшие, не изменяющие своего состояния частицы,

которые образуют заметное скопление твердого веще-

ства в атмосфере. Кроме того, оно касается частиц, при-

ближающихся по размеру к мелкозернистому песку, если

они находятся в атмосфере в таком количестве, которое

может заметно повлиять на ее свойства, особенно на по-

глощение лучистой энергии. По сравнению с мельчай-

шей пылью, они встречаются в атмосфере реже, а их

общая масса меньше. Ядра конденсации Айткена не яв-

ляются пылью и поэтому не рассматриваются.

Если какие-либо частицы недостаточно полно соот-

ветствуют определению понятия «пыль», то для них до-

пущено расширенное толкование его, хотя оно установ-

лено на основании специальных методов измерения и

ряда характерных признаков.

ЛИТЕРАТУРА"

1. Staubtechnische Begriffsbestimmungen mit Erlauterungen. Z. d.

Ver. Dt. Ing, 76, 781—782. Vgl. Arch. f. techn. Messen V 980

(1932).

2. С a u e г H., Biologisch wichtige chemische Beimengungen der

Luft. In Otto-Felix-Linke: Organismen und Umwelt, 158—165,

Dresden—Leipzig (1939).

3. Schmauss A., W i g a n d A., Die Atmosphare als Kolloid, 9,

Braunschweig (1929).

Гл. 1. Определение понятия «пыль» 25

4. Biittner К-, Physikalische Bioklimatologie, 10 f fLeipzig

(1938).

5. P a t о n J. u. a., The Optical Properties of the Atmosphere, Wea-

ther, 3, 243—249, insbes., 245 (1948).

6. L i n к e F., Borne H., von der: die Wellenlangenabhangigkeit

der Strahlungsextinktion triibender Teilchen. Gerlands Beitr.

z. Geophys, 37, 49—72, insbes., S. 56 ff. (1932).

7. G a s t Th., Grundziige der Staubmessung, Z. f. angew. Phys., 2,

301 (1950).

8. Junge Chr., GesetzmaBigkeiten in der Grofienverteilung atmos-

pharischer Aerosole fiber dem Kontinent. Ber. d. Dt. Wetter-

dienstes i. d. US-Zone, Nr. 35, 261—277 (1952).

9. Junge Chr., Die Konstitution des atmospharischen Aerosols,

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

10. R a m a n n E„ Bodenkunde, 2 ff., Berlin, 1905.

11. Jacob A., Der Boden, kurzes Lehrbuch der Bodenkunde, 159,

Berlin, 1944.

Глава 2

СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВА ПЫЛИ

Выше было отмечено, что разнообразие составных

частей пыли вызвало специфичные классификации ее

в различных отраслях знания. Вообще говоря, в боль-

шинстве случаев наиболее целесообразно классифици-

ровать пыль по способу образования. Исходя из этого,

Юнг [1] различает пыль естественную и искусственную.

Конечно, такая классификация является лишь началом.

Шульц (см. [2]) сообщает, что в медицине обычно раз-

личают пыль, образовавшуюся из останков животных,

имеющую растительное происхождение, а также неорга-

ническую и искусственную. Классификация, приведенная

в данной работе, кажется нам наиболее общей и все-

объемлющей.

ЕСТЕСТВЕННАЯ ПЫЛЬ КОСМИЧЕСКОГО

ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Лишь немногие из вспыхивающих в небе крупных ме-

теоров падают на Землю, следовательно, большинство

их, по-видимому, остается в атмосфере; при этом они

могут переходить в то или иное состояние, в частности

превращаться в пыль. В атмосферу вторгаются, ве-

роятно, также невопыхивающие более мелкие метеорные

тела. Требуется подтвердить это предположение и до-

казать конкретными фактами наличие космической пыли

в земной атмосфере

Исследование космического пространства при помощи спутни-

ков подтвердило наличие космической пыли в верхних слоях атмо-

сферы. — Прим. ред.

Гл. 2. Способы, образования и свойства пыли

Прямые доказательства присутствия космическом пыли

в атмосфере

Обнаружение космической пыли в морских отложениях

и полярных льдах

В некоторых морских отложениях, расположенных

вдали от берегов, обнаружено значительное количество

неорганических компонент. В течение продолжительного

времени их происхождение оставалось неясным. В пер-

вую очередь удалось доказать, что маленькие хондры,

найденные в толще красных морских глин, являются ча-

стицами космического происхождения [3]. Пыльный

дождь, наблюдавшийся в 1858 г. над территорией между

Австралией и островами Кокос (Килинг), содержал мел-

кие пустотелые железные шарики. Вполне естественно

было 'предположить, что они имеют 'космическое 'Проис-

хождение. Позднее Эренберг [4] сообщил, что частицы

метеорной пыли имеют тонкую оплавленную периферию,

хорошо сопротивляющуюся корродирующему действию

соленой воды, и поэтому могут встречаться на дне океа-

нов. Металлические частицы, извлеченные из морских

отложений магнитом и исследованные под микроскопом,

представляли собой шарики двух видов: аморфные

черные диаметром 0,2 мм и менее, иногда содержащие

кристаллическое ядро, и коричневые магнетитовые. По

составу они аналогичны структурному компоненту ме-

теоритов хондритов, состоящему из моноклинических

чешуек размером 0,2—1 мм, цвета бронзы с металличе-

ским блеском ([5], стр. 954). Такие металлические

шарики нередко попадаются в красных глинах морских

отложений, расположенных вдали от побережья в сред-

ней и южной частях Тихого океана. Исследование пока-

зало, что их больше там, где процесс отложения протекал

очень медленно. Экспедиция на «Челленджере» (1873—

1876 гг.) также обнаружила мелкие железные шарики

в осадках морского дна [6]. Космическое происхождение

этих компонент морских отложений подтверждаегся тем,

что они имеют такой же состав, .как и метеориты, рас-

пространены по всему земному шару и залегают в слоях,

образовавшихся в различные геологические периоды.

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Какое-либо другое объяснение их происхождения невоз-

можно (см. также стр. 260 и [7, 8]).

Норденшельд предполагал, что он нашел космиче-

скую пыль в полярных льдах. В настоящее время уста-

новлено, что присутствие метеоритов хондритов в мор-

ских отложениях у берегов Гренландии можно объяс-

нить тем, что они оседают на глетчерах восточной Грен-

ландии и при таянии льда попадают на дно моря [9].

Оседание космической пыли. Метеоры

Наблюдения, проведенные оптическими методами и

с помощью радиоволн, показали, что годовой прирост

массы Земли за счет метеоров составляет от 2000 т

(Уайли, 1935, Ватсон, 1941) до 4000 т (Мильман, 1952),

т. е. более 10

-17

г-см~

-сек~

[10]. Опыты по определе-

нию частиц космического происхождения в собранной

с крыш дождевой воде дают основание предполагать, что

эта величина окажется больше, если учесть метеорную

пыль, приносимую дождями после засух [6].

Начиная с 1947 г. обсерватория Данлеп (Онтарио)

изучает относительное содержание метеорных частиц

в атмосферной пыли. С этой целью на большом расстоя-

нии друг от друга устанавливают липкие экраны на срок

от одного до нескольких дней и затем определяют маг-

нитные свойства осевших частиц. Такой способ значи-

тельно облегчает распознавание метеорной пыли. Уста-

новлено, что уловленные металлические частицы распре-

делены в исследованном районе довольно равномерно и

имеют специфичный состав, в котором преобладают же-

лезо, магний, кремний и никель. Исследование показы-

вает, что в атмосфере, так же как и в морских отложе-

ниях, метеорные частицы находятся в очень небольшом

количестве. Их присутствие вблизи поверхности Земли

подтверждается равномерным распределением характер-

ных, содержащих никель частиц на больших простран-

ствах. Обсерватория Данлеп продолжает эту работу

в расширенном масштабе [11].

Определение относительного содержания уловленных

магнитных шариков в атмосферной пыли, проведенное

с ноября 1951 г. по апрель 1952 г., дало возможность

Гл. 2. Способы, образования и свойства пыли

Томсену [10] рассчитать, что годовой прирост массы

Земли за счет космических частиц находится в пределах

1 -10

— 3,7-10

г. Если допустить, что удельный вес кос-

мической пыли равен 4 г • слг

, то при общем годовом

количестве 2-10

т должно оседать Ю

-14

•

сж

-2

•

сект

Преобладающая величина шариков составляет около

8- Ю

-4

см. При расчетах не учитывались 20% шариков,

не имеющих магнитных свойств. Наблюдения показы-

вают, что из вспыхивающих метеоров образуется в год

лишь около 50 млн. частиц. Эта величина крайне мала

по сравнению с общим количеством оседающей космиче-

ской пыли.

Некоторые ученые предполагают, что очень малая

доля каждого вспыхивающего метеора падает на Землю

в виде мелких метеоритных частиц. Это предположение

вряд ли правильно. При вторжении в атмосферу метеор

частично переходит в газообразное состояние и его со-

провождают молекулы газа и воздуха, движущиеся

с космической скоростью. Они обладают инерцией и из-

вестным запасом тепла и, вероятно, растворяют остаток

твердых метеорных частиц. Однако, по мнению Нью-

комба, метеоритная пыль систематически оседает на

Землю. Она может непосредственно поступать в атмо-

сферу из космического пространства в виде микрометео-

ров или образовываться в ней из расплавленного остатка

более крупных метеоров.

Согласно одной из гипотез, Тунгусский метеорит,

упавший в Сибири 20 июня 1908 г. в 7 час. по местному

времени, представлял собой в сущности огромное об-

лако пыли, которое содержало несколько более круп-

ных тел и с большой скоростью приближалось к земной

поверхности. Различные экспедиции не нашли ни боль-

шого кратера, ни метеоритов. Очевидцы падения расска-

зывали об облаке дыма. Эта гипотеза согласуется с со-

общением Вольфа [12] о том, что в ночь с 30 июня на

1 июля в Гейдельбергской обсерватории не удалось сде-

лать ни одного снимка неба, хотя оно было ясным и без-

облачным, так как все фотопластинки почернели и за-

вуалировались. Даже в Гарлеме (США) отмечалось (см.

[13]) помутнение атмосферы, вызванное пылью, двигаю-

щейся со скоростью около 300 км/час. После этого

30 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

появились удивительно яркие серебристые облака и на-

блюдались необычные сумеречные явления.

Косвенные доказательства присутствия

космической пыли в атмосфере

Космическая пыль, содержащаяся в пределах

нашей солнечной системы

Обнаружению космической пыли способствовали пре-

жде всего некоторые оптические явления в верхних слоях

атмосферы [14].

Потоки метеорных тел, изверженных из ядра кометы,

вызывают появление светлых полос на темном фоне ноч-

ного неба. Это свечение нельзя объяснить вторжением

в атмосферу и распадом самих метеоров. Согласно ги-

потезе Гофмейстера, такие метеорные потоки сопрово-

ждаются большой массой космической пыли. Поскольку

ее мельчайшие частицы диаметром 10~

— 10~

см выбра-

сываются за пределы солнечной системы под действием

лучевого давления Солнца, появление светлых полос на

метеорных следах может быть вызвано только более

крупными или менее крупными частицами пыли. Втор-

гаясь в атмосферу со скоростью, свойственной кометам,

мелкие метеорные тела затормаживаются на высоте

около 220 км, а крупные — на высоте 80—110 км. Можно

предполагать, что на этих уровнях содержание косми-

ческой пыли в атмосфере повышено. Светлые полосы

наблюдаются на высоте около 125 км, но иногда они по-

являются много выше или ниже.

Начиная с 1921 г. это оптическое явление подвер-

гается систематическому изучению. Гофмейстер [15] уста-

новил, что оно не связано непосредственно ни с частотой

вторжения метеорных тел в атмосферу, ни с их преобра-

зованием. Однако особенно часто оно наблюдается при

больших метеорных потоках. Гофмейстер объясняет эту

закономерность тем, что по траектории некоторых комет

движутся изверженные из ядра метеоры вместе с боль-

шими массами пыли, образовавшейся также из материи

кометы.

Оптическое явление, называемое «свечением ночного

неба», объясняется, по крайней мере частично, анало-

Гл. 2. Способы, образования и свойства пыли

гичным образом. Статистика, охватывающая десятилет-

ний период, показывает, что на протяжении года на-

блюдаются два максимума интенсивности светлых полос

на ночном небе и свечения ночного неба: в первой по-

ловине августа и около двадцатого декабря. Вероятно,

обильный метеорный поток из созвездия Персея вызы-

вает августовский максимум, а поток из созвездия Близ-

нецов — декабрьский. Можно предполагать, что упомя-

нутые оптические явления обусловлены вторжением

в атмосферу большой массы пыли, образовавшейся из

материи комет и сопровождающей метеорный поток.

Причины свечения ночного неба еще не выявлены пол-

ностью. Можно предполагать, что в основе его лежат

электрические явления. Следует считать, что рассеяние

лучей солнца пылевой составляющей метеорного следа

не является главной причиной этого свечения и не всегда

возможно [15]. Согласно новым данным, частицы косми-

ческой пыли только участвуют в соударении молекул

воздуха и метеорного тела и, следовательно, лишь уско-

ряют процесс ассоциации молекул.

К оптическим явлениям совершенно другого рода от-

носятся «светящиеся ночные облака» серебристого цвета,

обычно имеющие волнистую или полосатую структуру.

Они были впервые исследованы русским астрономом Це-

раским (наблюдались 13 июня 1885 г.). Измерения, про-

изведенные Иессе в Берлине в 1887-—1890 гг., показали,

что они образуются на высоте около 82 км.

Штермер и Эстине предполагают, что серебристые

облака состоят из сухой космической пыли. По гипотезе

Ньюкомба — Энгельмана (см. [7], стр. 502), возникнове-

ние этих облаков вызывается не только космическими

частицами, но и вулканической пылью, проникшей в вы-

сокие слои атмосферы при сильных извержениях вулка-

нов. По данным Зюринга [17], главной причиной образо-

вания серебристых облаков являются мощные вулкани-

ческие извержения

Согласно третьей гипотезе, эти облака состоят из

кристалликов льда [18]. Возможно, что процессы,

См. книгу Зюринга ([17], стр. 37—39), в которой сопостав-

лены даты вулканических извержений, необычных сумеречных явле-

ний и свечения ночных облаков.

32 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

учитываемые этими тремя гипотезами, взаимно допол-

няют друга друга. Во всяком случае, относительное со-

держание космической пыли в серебристых облаках, по-

видимому, весьма невелико. Доказано, что они светятся

лишь отраженным солнечным светом. Можно надеяться,

что по истечении третьего Международного геофизиче-

ского года (1957/58) удастся окончательно установить

действительные причины появления серебристых облаков.

Измерения с помощью ракет («V-2» над Ныо-Ме

хико) показали, что на высоте 80—120 км температура

повышается от 0 до 100°. Предполагается, что это явле-

ние вызвано слоем космической пыли [19]. Присутствие

ее частиц в атмосфере на указанном интервале высот

подтверждается также выбоинами на гладких поверх-

ностях ракет [20]. Исследования, проводимые с помощью

искусственных спутников Земли, возможно, позволят бо-

лее точно определить свойства этой космической пыли.

В качестве одного из доказательств (скорее всего

весьма гипотетического) вторжения космической пыли

в атмосферу Земли следует упомянуть сообщение Боуэна

[21] о найденной им некоторой связи между выпадением

большого количества атмосферных осадков на огром-

ных территориях и потоком метеоров (стр. 231).

На присутствие пыли в межпланетном пространстве

указывает и зодиакальный свет, наблюдающийся на

фоне ночного неба в области зодиакальных созвездий.

Согласно новой теории Гофмейстера, он объясняется от-

ражением солнечных лучей от тонкого слоя мельчайших

частиц, содержащихся в плоскости эклиптики вокруг

Солнца. В этом скоплении пыли обнаружены два более

плотных кольца. Максимум плотности в одном из них

расположен в области траектории Венеры на расстоянии

108 000 000 км от Солнца, а в другом — в области траек-

тории малых планет на расстоянии 360 000 000 км от

Солнца [22]. Основываясь на измерениях плотности

пыли, проведенных при исследовании зодиакального

света, Ван де Гулст определил, что ежегодно около

10 000 г этих мельчайших частиц выпадает на Солнце и

что эта убыль пополняется из космоса (см. [10]).

Наблюдения за тенью Земли во время лунного за-

тмения также приводят к выводу о присутствии косми-