Ядра конденсации в атмосфере

Ядрами конденсации являются частицы некоторых примесей, взвешенных в атмосфере. Различают нерастворимые (но смачиваемые) и растворимые ядра конденсации. К первым относятся частицы почвы и горных пород, дыма, органических веществ, микроорганизмы и т.п. Другим видом ядер конденсации являются частицы растворимых в воде веществ, например, какой-либо соли или кислоты.

Растворимые ядра конденсации поступают в атмосферу в результате сжигания, например, каменного угля, который содержит от 0.3 до 20 % серы. Из серы в результате сгорания образуется сернистый газ SO₂, который при посредстве различных окислителей может превращаться в серный ангидрид SO₃ и затем в серную кислоту H₂SO₄ , растворимую и очень гигроскопичную. По приближенным оценкам, в среднем за год поступает около 20 млн. т сернистого газа.

Гигроскопические ядра конденсации образуются также из морских брызг и пены. Последующее их испарение приводит к образованию мельчайших гигроскопических частиц морской соли. Морская соль состоит из 77.8 % NaCl, 10.9 % MgCl₂ и небольшого количества сернокислых магния, калия и кальция. В результате воздействия только сильных и штормовых ветров с поверхности Мирового океана в атмосферу поступает около 2.7∙10¹⁰ тонн морской соли в год.

Ядра конденсации образуются также при выветривании земной поверхности, в результате лесных и степных пожаров, вулканической деятельности и пр. Примерное распределение в атмосфере ядер конденсации по их происхождению:

а) ядра морского происхождения – 20 %; б) продукты сгорания – 40 %;

в) частицы почвы – 20 %; г) прочие – 20 %.

Результаты химического анализа дождевой воды и облач­ных капель, а также аэрозолей, собранных в разных слоях ат­мосферы, показывают, что наиболее распространенными явля­ются ядра, содержащие соединения хлора, серы, углерода, азота, магния, натрия и кальция.

Количество ядер конденсации в атмосфере определяется спе­циальными приборами. Оно колеблется в широких пределах в зависимости от местных условий. Над океаном в 1 см³ воз­духа содержится 600–800 ядер, а над промышленными рай­онами, где выделяется много продуктов сгорания, их число мо­жет достигать нескольких миллионов. Влияние промышленных городов сказывается на расстоянии десятков и сотен километ­ров от них. Содержание ядер имеет определенный суточный ход. Минимум отмечается ночью или к моменту восхода солнца. Днем при развитии конвекции и усилении ветра с поверхности земли в атмосферу поднимаются различные примеси, так что число ядер конденсации увеличивается и достигает максимума примерно в 17 ч. Ночью при ослаблении ветра ядра снова осе­дают на поверхность.

В крупных городах число ядер конденсации вблизи поверхности земли заметно уменьшается от зимы к лету (минимум концентрации – в июне). Причиной является колебание интенсивности турбулентного обмена. Летом, при более развитом обмене, ядра переносятся в более высокие слои, что ведет к уменьшению их концентрации вблизи земной поверхности и увеличению ее на более высоких уровнях. Кроме того, зимой возрастает выброс ядер конденсации в атмосферу за счет работы котельных. Такой же, как у земной поверхности, годовой ход концентрации ядер конденсации наблюдается примерно до высоты 500 м. Начиная с высоты 750 м, происходит обращение годового хода: здесь наибольшие концентрации наблюдаются зимой, что также обусловлено турбулентным обменом.

С высотой число ядер конденсации в атмосфере уменьшается (табл. 2.1)

Таблица 2.1