Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

Литература

60. Kim иг a J., Radiochemical Analysis of Radioactive Dusts,

Proc. Intern. Conf. on the Peaceful Uses of Atomic Energy,

Geneva, 8, P/1058, New York, 1956.

61. Arizumi N., On the Distribution of Ashfall, J. Meteor. Soc.

Japan, 32, 303—335 (1954).

62. Effenberger E., Kern- und Staubuntersuchungen am Col-

lmberg. Veroff. d. Geophys. Inst. Leipzig XII, H. 5, 355 (1940).

63. О

i v e r F. W., Dust-Storms in Egypt and Their Relation to the

War Period, as Noted in Margul, 1939—1945, Georg. J., 106,

26 (1945); 108, 221 (1947).

64. L i e s e g a n g R. E., Die Bakampfung von Rauch, Staub und

Abgasen als hygienische Aufgabe, Rauch und Staub, 89—

92 (1930); ref. in Ges.-Ing., 799 (1930).

65. Шелейховский Г. В., Задымление городов, 1953. Dt. Zusf.

v. Martens, В, Verunreinigung der Luft in Stadten durch

Rauch, Techn., 8, 26—30 (1953).

66. Tiegs E., in Sorauer, Handbuch der Pflanzenkrankheiten, Bd.

1, 2, 300, Berlin, 1934.

67. Weiss E., Luftverunreinigung durch Industrieabgase in Linz,

Wetter und Leben, 7, 278 (1955).

68. H о p p e J., Z i m m e r m a n n H., Zum Nachweis kugelformiger

Partikel im Staubniederschlag, Naturwiss., 41, 93 (1954).

69. Marsh A., Smoke, London, 1947.

70. Kramer H. P., Rigby M., Cumulative Annotated Bibliog-

raphy on Atmospheric Pollution by Smoke and Gases, Meteor.

Abstr. and Bibliogr., 1, 46—71 (1950).

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

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

5, 389 (1954).

72. 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).

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

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

(1955).

Глава 3

ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ ПЫЛИ

В настоящей главе рассматривается ряд характерных

признаков пыли, которые либо типичны для нее, либо

особенно важны для человека.

ПРИЗНАКИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ

И СПОСОБЫ ЕЕ ОБРАЗОВАНИЯ

Образование пыли

Частицы пыли образуются: а) вследствие сублима-

ции и конденсации (первичные ядра по классификации

Юнге [1]); б) при раздроблении и распылении твердых

и жидких тел (дисперсионные аэрозоли); в) в резуль-

тате жизнедеятельности живых организмов. Образова-

ние пыли при конденсации и сублимации пересыщенных

паров, поступающих вместе с дымом в атмосферу из

труб жилых зданий и технических сооружений, проте-

кает довольно медленно. Кроме того, этим путем пыль

может быстро возникать в облаках, образующихся при

взрывах атомных бомб. При диспергировании отделение

частиц от измельчаемой материи происходит благодаря

воздействию механических сил.

Агрегация частиц пыли

В облаке пыли коллоидные частицы сталкиваются

между собой вследствие их подвижности, хаотичности

движения и влияния воздушных течений. Вероятностг

того, что при этом большинство из них агрегируется

В дальнейшем к агрегации мы относим и коагуляцию в смысле

образования хлопьевидного осадка, не всегда подразумевая при этом

агломерацию в электрическом поле.

/*л.

3. Характерные признаки пыли 55

очень велика, так как те частицы, которые длительное

время находятся в воздухе, имеют большей частью слож-

ную структуру и подвергаются неупругим столкнове-

ниям, способствующим агрегации.

Из формулы Эйнштейна (стр. 65) следует, что пы-

линки с большим весом образуются при высоких темпе-

ратурах скорее, чем при низких. Процессу агрегации

благоприятствуют также уменьшение давления и вяз-

кости среды

и увеличение концентрации частиц.

Коэффициент молекулярной диффузии составляет

10~

см

• сек'

\ в микровихрях он увеличивается в тысячу

раз и поэтому они резко ускоряют агрегацию. Влиянием

крупных вихрей (коэффициент диффузии Ю

-4

см

• сект

)

в этом отношении можно пренебречь [2].

Ввиду того что удельное трение частиц в воздухе

примерно в 70 раз меньше, чем в воде, аэрозоли

обладают значительно большей подвижностью, чем

гидрозоли. Этим объясняется их быстрая коагуляция и

оседание, а следовательно, и неустойчивость. Наличие

у частиц достаточно большого одноименного заряда

стабилизирует аэрозоль, а разноименный заряд способ-

ствует агрегации [3, 4]. Вопрос о том, насколько агре-

гация, вызывающая укрупнение и выпадение частиц,

препятствует увеличению содержания аэрозолей в атмо-

сфере, рассматривается на стр. 176—177.

Хаотическое расположение пылинок

в скоплениях пыли

Для скопления пыли характерно хаотическое распре-

деление пылинок по форме и величине, а также переме-

шивание -компонент, расположение которых в исходном

массивном теле было упорядоченным [5].

Однородность и неоднородность

аэродисперсной системы

Аэродисперсная система (фиг. 3, Л) называется одно-

родной или гомогенной (/), если в ней преобладают

Это существенно только для мелких частиц.

56 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

частицы определенного размера, а частицы других раз-

меров встречаются тем реже, чем сильнее их размер

отклоняется от среднего. В неоднородной или негомо-

Ф и г. 3. Кривые, иллюстрирующие го-

могенность (/) и негомогенность (1Г) аэ-

родисперсной системы [3].

—

распределение частиц по размеру; Б

—

умень-

шение массы аэрозоля со временем.

генной системе (//) частицы различной величины присут-

ствуют в соизмеримых количествах. Наилучшим критери-

ем однородности системы могут служить кривые, описы-

вающие уменьшение массы коллоидной субстанции

аэрозоля в зависимости от времени (фиг. 3,Б). Из

/*л.

3. Характерные признаки пыли

кривой I видно, что в гомогенной системе сначала про-

исходит агрегация мелких частиц в способные оседать

более крупные частицы, а затем начинается процесс

выпадения. В негомогенной системе (кривая Я) выпаде-

ние крупных частиц происходит значительно быстрее —

в первоначальном периоде изменения состояния си-

стемы.

Оседание пыли характеризуется резким изменением

соотношения между твердой и газообразной фазами

системы: пылевое облако, оседая, превращается в рых-

лые или даже плотные отложения.

а) Рыхлые отложения пыли. Насыпным ве-

сом называется вес 1 см

пыли в рыхлом отложении.

Этот «кажущийся удельный вес» зависит не только от

истинного удельного веса, но и от величины и структуры

частиц пыли [6]: он характеризует объем пустот, кото-

рый в процентах равен

Скопление пыли уменьшает полезное пространство и

оказывает давление на опорную поверхность. Пыль мо-

жет воздействовать и во время процесса отложения, на-

пример закупоривать отверстия и создавать дополни-

тельную нагрузку [7].

б) Плотные отложения пыли. С течением вре-

мени первоначальный насыпной вес значительно увели-

чивается (объем пустот приближается к нулю) и скоп-

ление пыли превращается в плотную массу (бывшую

пыль). Постоянство расположения и основных свойств

этой массы позволяет сделать заключение о месте и усло-

виях первичного скопления пыли. По геологическим при-

знакам отложения можно определить" период времени,

истекший с начала его образования. Эти признаки позво-

ляют также судить о метеорологических и климатиче-

ских особенностях прошедших времен. Очевидно, что

содержащиеся в пыли включения имеют значения

для любого палеонтологического исследования. Эти

Оседание и скопление пыли

Насыпной вес

Удельный вес

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

включения могут представлять собой либо известковые

конкреции в лёссе, являвшиеся когда-то оболочкой орга-

низмов и ставшие пустотелыми после разложения орга-

нического вещества, либо более или менее сохранив-

шиеся предметы (в вулканическом пепле).

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ

Пыль, образовавшаяся при измельчении какого-либо

тела, сохраняет его физические свойства, особенно твер-

дость. Например, мельчайшие осколки кварца могут вы-

звать такие же опасные ранения, как и более крупные

[8]. При измельчении не изменяются и химические свой-

ства, но вследствие более высокого отношения поверх-

ности к объему у частиц пыли значительно ускоряются

все химические реакции. Ввиду малой площади, зани-

маемой каждой частицей, пыль является мультиплика-

тором при передаче нагрузки (1 г/р

= 1000 атм).

Величина и вес частиц

Данные о величине пылинок уже были приведены при

определении понятия «пыль». В дополнение следует от-

метить, что частицы, имеющие размер порядка Ю

-5

см,

еще видимы под микроскопом при тысячекратном уве-

личении. Способность частиц находиться в витающем

состоянии зависит от их свойств и от воздушных тече-

ний. Минеральные пылинки размером порядка 10~

см

при особых условиях еще могут удерживаться в воздухе.

Рыхлые частицы, главным образом органического проис-

хождения, способны витать в воздухе при еще больших

размерах. Но преобладающая часть витающей в воздухе

пыли (кроме промышленной и выпадающей в виде мас-

совых осадков) состоит из частиц диаметром менее

10~

см. Приблизительно 10% всей пыли приходится на

частицы диаметром 1 — 3 • Ю

-4

см и только 0,05—0,1

—

на частицы крупнее 4- 10~

см (фиг. 4). При определе-

нии массы пыли надо исходить из среднего диаметра

пылинок, немного превышающего Ю

-4

см, имея в виду

влияние, оказываемое на искомую величину более круп-

/*л.

3. Характерные признаки пыли 57

ными частицами. Диаметр пылинок, выпадающих в виде

массовых осадков, приблизительно на один порядок ве-

ю~

юЮ'

}

Размер частии,, см

Ф и г. 4. Приблизительный диапазон размеров частиц

различных видов [9].

личины больше. Можно считать, что обычная пылинка

диаметром Ю

-3

см весит около 10~

г.

Плотность частиц

Наименьшую плотность имеет рыхлая пыль органи-

ческого происхождения, а наибольшую — пыль хими-

чески чистых тяжелых металлов. При определении сред-

ней плотности минеральной пыли за основу принимают

плотность кварца (р = 2,65 г/см

). Средняя плотность

пылевого комплекса может составлять всего лишь 0,1

плотности массивного куска. Пыль, выпавшая вблизи

атолла Бикини после взрыва атомной бомбы, состояла

из пористых зерен [10].

60 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Форма частиц

Частицы пыли наиболее часто встречаются в форме,

напоминающей иголочки, палочки, листочки, волооки,

шарики, кружочки, чешуйки, хлопья и кристаллики.

Тщательное рассмотрение показывает, что большинство

пылинок, особенно агрегированных, имеют сложную

0,01мм

&»

0,002мм

•> °

°о о

о оо

о о о

0,002мм

<Fr

от 0,002-0,006мм

So 0,0005мм

НИ

J ! | 1

II, ..I

111

0,1мм

Фиг. 5. Сопоставление размеров пылинок с разме-

рами других мельчайших частиц (по Кельшу, см. [8]).

1 — крупные пылинки, еще способные витать в воздухе; 2 —ча-

стицы пыли среднего размера; 3 — мелкие пылинки; 4 — гноерод-

ные кокки; 5—клетки крови; 6

—

туберкулезные бактерии;

7—участок волоса (указана толщина).

структуру. Подобная структура присуща только пыли

и является ее важнейшим отличием от тумана [3]. На

фиг. 5 наглядно сопоставлены размеры пыли с разме-

рами некоторых других мельчайших частиц.

Гигроскопичность и растворимость

Как уже было отмечено, малая гигроскопичность не

является типичным признаком пыли. Юнге [11] правильно

считает, что вообще не следует применять это понятие

к пыли, так как гигроскопичность зависит не только от

растворимости, являющейся одним из важных свойств

/*л.

3. Характерные признаки пыли 61

вещества, но и от способности к адсорбции, абсорбции

и капиллярной конденсации. Для преобладающих в аэро-

золе частиц смешанного происхождения важно отноше-

ние растворимой субстанции к нерастворимой. 50—80%

частиц аэрозоля, встречающегося над сушей, раство-

римы в воде. Гигроскопичность можно определить с по-

мощью кониметра. Отношение Z/V, где Z — число

частиц, задержанных на цапон-лаке, а V — число частиц,

задержанных на вазелине, дает возможность определить

растворимую в воде часть аэрозоля (стр. 89).

Величина рН

Величина рН пыли зависит от присутствия в воздухе

частиц золы, особенно таких, которые служат ядрами

конденсации. Согласно предварительным данным, ще-

лочь золы способна сдвинуть величину рН осадков,

обычно дающих слабокислую"реакцию, в сторону боль-

ших значений рН. Если эти данные подтвердятся, то

данные о величине рН можно будет использовать при

изучении мест возникновения и направления движения

воздушных потоков [12].

Электрический заряд

Влияние электрического заряда на частицы аэрозо-

лей существенно отличается от его влияния на частицы

гидрозолей. Слабый электрический заряд не оказывает

на аэрозоли такого стабилизирующего действия, как на

гидрозоли [13]. Это различие обусловлено отсутствием

двойного слоя на частицах аэрозоля (среды и стабили-

затора). Частицы очень многих аэрозолей не заряжены,

в заряженных же аэрозолях почти всегда одни частицы

имеют положительный заряд, а другие — отрицательный.

Большой электрический заряд может значительно изме-

нить свойства аэрозоля.

Частицы аэрозолей, образовавшихся в результате

химических реакций, не имеют заряда [14]. Они заря-

жаются лишь спустя некоторое время благодаря абсорб-

ции ионов. Металлы, их окислы и вообще все соедине-

ния, обладающие основными свойствами, заряжаются

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

отрицательно, металлоиды и окислы, обладающие кис-

лотными свойствами, — положительно. Облако пыли

электронейтрально по отношению к окружающей атмо-

сфере, так как в воздухе образуется одинаковое количе-

ство положительно и отрицательно заряженных ионов

(ядра конденсации). Это равновесие может нарушиться

в результате оседания преимущественно более крупных

пылинок [15].

Частицы аэрозоля заряжаются не только благодаря

абсорбции малых ионов, но и при контактной ионизации

(в результате трения), а также при диспергировании

твердого материала (процесс, аналогичный возникнове-

нию заряда при образовании водяной пыли), особенно

при разрыве крупных кристаллов, размалывании и т. п.

Пыль, образующаяся в результате испарения материала

электродов, также имеет заряд [16].

Наличие заряда у частиц пыли наглядно обнаружи-

вается при их скоплении на внутренних частях электри-

ческих приборов, имеющих противоположный заряд,

а также при вулканических извержениях и пыльных бу-

рях (стр. 224). Количество пыли, осевшей на разных

участках оштукатуренных стен и потолков, различно

в зависимости от диэлектрических постоянных находя-

щихся под штукатуркой материалов. Со временем на

штукатурке появляются силуэты балок, деревянных кон-

струкций, щелей и т. д., вызванные различной толщиной

слоя пыли, осевшей на разных участках стены. О заряде

частиц пыли можно судить и по их взаимодействию

с внутренними кромками поверхности стен, представляю-

щих собой полупроводники. Эти места стыков запылены

меньше, чем соседние участки, так как в них образуются

электронейтральные зоны в результате локального от-

талкивания пылинок друг от друга. Интересным доказа-

тельством наличия электрического заряда у ультра-

микроскопических частиц служит их зигзагообразное

движение в переменном электрическом поле. По скоро-

сти движения и виду траектории можно рассчитать за-

ряд и величину частиц [17].

Для определения среднего заряда облака пыли поток

газа, содержащий ионы, пропускают через предвари-

тельно заряженный цилиндрический конденсатор и из-