| Головна » Статті » Реферати, курсові, дипломні » Загальний каталог | [ Додати статтю ] |
Аерозолі та їх вплив на клімат
Курсова: Аерозолі та їх вплив на клімат ЗМІСТ
с. Вступ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 3 1 Загальні відомості про аерозолі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... 4 2 Загальна характеристика атосферного аерозолю 2.1 Форми та розміри аерозолей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 6 2.2 Хімічний склад та основні джерела аерозольних часток. . . . . . . 7 2.3 Оптичні параметри аерозолей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... 9 3 Вплив аерозолю на клімат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 12 4 Дослідницькі центри по візнеченню вмісту малих домішок в атмосфері. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 14 5 Астрозолі та їх участь у виникненні Всесвіту. . . . . . . . . . . . . ..... 15 Висновок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 18 Список літератури. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... 19 ВСТУП Мало кому відома наука про аерозолі. Багато людей можуть вважати, що вона не відіграє важливої ролі в житті планети. Але це не так. Аерозолі можуть впливати на клімат, як у місцевому так і в глобальному масштабі, а тим самим й на життя людини. Тому вивчення аерозолів має велике значення. Ця робота присвячена аерозолю та їх впливу на клімат. Для того, щоб якомога краще зрозуміти цю тему необхідно переглянути такі питання, як: 1) загальні характеристики аерозолей; 2) вплив аерозолей на клімат; 3) визначення вмісту малих домішок в атмосфері; 4) участь астрозолей у виникненні Всесвіту. 1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО аерозолі Вже давно і достатньо надійно встановлено вплив аерозолю природнього походження на клімат. Найбільш чітко це проявилося в періоди після великих вулканічних вивержень, коли спостерігалося зниження температури повітря. Навпроти - відсутність на протязі декількох десятиріч потужних вивержень розглядається як головна причина підвищення температури в першій половині двадцятого сторіччя. Вплив вивержень на температуру повітря дуже чітко виявляється в стратосфері нижніх широт, що обумовлено прямим впливом поглинення сонячної радіації аерозолю. Останнім часом накопичується все більше даних про значний зріст інтенсивності вібросів в атмосферу індустріальних аерозолей. Разом з тим спроба аналізу даних вимірювань прозорості атмосфери з початку XX віку призвела до висновку, що, якщо виключити спорадичні варіації, обумовлені вулканічною активністю, будь-яких помітних глобальних тенденцій зміни прозорості за останні 50 років не виявлено. В таблиці 1.1 представлено порівняльну характеристику о ролі різноманітних джерел аерозольних часток, які не є дуже точними і можуть використовуватись для приблизної характеристики ролі окремих джерел [3]. Табл1.1 Порівняння вібросів в атмосферу чи виникнення в атмосфері часток радіуса <20 мкм [3] Джерела 106 тон / год природні джерела: - частки грунту і гірських порід (вивітрювання) 100 - 500 - продукти лісових пожарів і спалювання сільсько - господарських остатків 3 - 150 - морська сіль 300 - частки вулканічних вивержень 20 - 150 частки, що були образовані внаслідок емісій газів та послідуючих реакцій: - сульфат з H2S 130 - 200 - солі амміака з NH3 80 - 270 - нітрати з NОX 60 - 430 - вуглеводні сполуки, які є продуктами життєдіяльності рослинності 75 - 200 770 - 2200 Індустріальні джерела: - прямий викидів часток 10 - 90 Частки, що утворені внаслідок газового забруднення: - сульфат з SO2 130 - 200 - Вуглеводнi сполуки 15 - 90 - нітрати з NОX 30 - 35 185 - 415 НД: 97 - 2615 Дуже важливим в цьому е проблема роздільної оцінки внесків індустріальних і природніх джерел аерозолей. У таблиці 1.2 наведена зводна характеристика компонент і джерел атмосферного забруднення. Табл.1.2 Компоненти і джерела атмосферного забруднення [3] CO2 вулкани, спалювання палива, тварини окис вуглецю двигуни внутрішнього згоряння, вулкани сполуки сірки бактерії, спалення палива, вулкани, віпарення морських брізок вуглеводні сполуки двигуни внутрішнього згоряння, бактерії, рослинність сполуки N бактерії, горіння частки вулкани, вітряна ерозія, горіння, промислова обробка , метеори, віпарення краплин морських бризки, лісові пожежі Табл.1.3 Характеристика відношення між компонентами забруднення природнього та антропогенного походження [3] Компонента Вміст компонентів кг / рік природніх антропогенних О3 1.8 * 1012 мало СО3 7.2 * 1013 1.4 * 1012 Н20 4.5 * 1017 9 * 1012 СО 1.8 * 1011 SN 1.3 * 1011 1.4 * 1012 6.8 * 1010 1.8 * 1010 Актуальність проблеми можливого впливу аерозолей на клімат визвала великий інтерес до цієї проблеми і породила цілу серію досліджень, присвячених приблизний оцінкам впливу аерозолей. Однак, відсутність адекватних даних про планетарний аерозоль та ного характеристики (концентрація, мікроструктура, форма часток, хімічний склад, оптичні параметри) роблять поки що нездійсненнімі спроби достатньо надійного опису і прогнозу впливу аерозолю на клімат. Існуючі результати дозволяють, однак, дивитись на окремі аспекти цієї проблеми як, наприклад, на вплив аерозолей на перенос випромінювання [3]. Важливе вивчення аерозолей: 1) як фактора забрудненості атмосфери; 2) як фактора, що впливає на радіаційні та енергетичні процеси в атмосфері; 3) вплив аерозолю на електричні властивості атмосфери [3]. 2 ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОГО аерозолю 2.1 Форми та розміри аерозолей Розміри аерозольних часток в більшості випадків визначається через розмір радіусу або діаметра сферичних часток, що мають площу перетину, яка дорівнює площі перетину реальних аерозольних часток. Це виправдовується тим, що більшість аерозольних часток в атмосфері мають форму, яка не дуже відрізняється від сферичної і завислі в повітрі, не будучи зорієнтованімі електромагнітним або гравітаційним полями. Діапазон розмірів аерозольних часток дуже широкий: від часток з декількох молекул, радіуса приблизно 10 -7, До розмірів в декілька мікрон. Верхній кордон розмірів аерозольних часток визначається можливістю тривалого існування цих часток в атмосфері, тобто в першу чергу швидкість осідання. Існують різноманітні класифікації атмосферних аерозольних часток по розміру [3]. Фракцію часток з радіусом ? 0.1 мкм прийнято називати дрібнодісперсною або вісокодісперсною. Ця фракція відіграє важливу роль в електричних атмосферних явищах, а також у фотохімічніх процесах, що відбуваються в атмосфері, наприклад, у слої озону. Середньодісперсна фракція атмосферних аерозолей, або великі чистки, включає частки в діапазоні розмірів 0.1 мкм ? r <1 мкм. Ця фракція визначається оптичними властивостями атмосферного аерозолю у видимій та близькій інфрачервоній області спектру, а саме обумовлює як розсіяння, так і поглинання сонячної радіації атмосферою. Грубодісперсною фракцією атмосферних аерозолей, або гігантськими частками, називаються частки із r ? 1 мкм. Вони відіграють важливу роль у процесах хмаротворення, а також істотно впливають на оптичні властивості атмосферних аерозолей в інфрачервоній області спектру. Вони є головною компонентою, яку віміряють при вивченні атмосферної аерозольної забрудненності. Фазовий стан аерозольних часток обумовлений механізмом їх утворення і багато в чому визначають форму часток. Рідкі частки мають сферична форму, тоді коли терді - в загальному випадку - неправильну форму [3]. 2.2 Хімічний склад та основні джерела аерозольних часток Хімічний склад аерозольних часток визначається природою та потужністю різних джерел цих часток, а також механізмом виведення часток різного походження із атмосфери [3]. Основні джерела аерозольних часток: грунт являє собою найбільш потужне джерело аерозольних часток. В прикордонному шарі атмосфери, далеко від моря і промислових районів, вони майже повністю визначають хімічний склад аерозольних часток. Непрямі оцінки дозволяють припустити, що по масі грунт дає 50 - 80% усiх аерозольних часток. Однак хімічний склад цих часток НЕ ідентічен хімічному складу грунтів, так як не всі мінерали та інші грунтові продукти однаково діспергуються. В основному це кварц, інші сполуки SІ, глинозему, карбонат і кальциту, окіслі заліза. Кількість органічних сполук в аерозолю грунтового походження порівняно невелике, десь біля 10%. Значна кількість аерозолю в атмосфері пов'язано з пиловим бурями. Морська поверхня дає по масі 10 - 20% часток. Хімічний склад цих часток відповідає приблизно хімічному складу сухого залишку морської води: KaCl -- 78%, МgСl2 - 11%, CaSO4, Na2SO4, K2SO4 -11%. Концентрація соляних часток над океаном може досягати 100 см-3, але в середньому 1см-3. За розмірам максимум в розподілі приходиться на частки з діаметром біля 0.3 мкм. Вулкани викидають в атмосферу до 75 млн.м3 диму, вулканічного попелу та більш дрібних часток. Вони можуть підійматися в стратосферу на висоту більше 20км. Найбільш дрібні оберігаються в стратосфері впродовж декількох років. Середньорічна потужність вивержень (1 - 5) * 108 тон. 60 - 80% кремнію, 30 - 10% сульфатів, 3 - 10% кальцітів, 0 - 20%) сполук алюмінію, заліза - 1 - 10%. Неземного походження.Кожній рік на Землю потрапляє 1 - 5 * 106 тон космічної речовини. Вміст елементів по масі приблизно такий: О - 33%, Fe -- 29%), Si - 17%, Mg - 14%, S - 2,1% о, Ni - 1,7%, Са - 1,4% о, Аl - 1%, Nа - 0,7%, а також Cr, Мn, K, Р, Ті, Со. Біосфера щорічно виділяє в атмосферу 108 тон терпеноподібного або слабо окисленого вуглеводню. Фотохімічні та хімічні реакції можуть бути відповідальні за виникнення дрібнодісперсної фракції. Дуже істотним джерелом аерозолей є продукти лісових пожеж: сажа. попіл, можуть поглинати помітну частку потрапляючої на Землю радіації. У випадку промислових аерозолей найбільша доля часток прихопивши на продукти спалювання: сажа - 48 - 27%, смола - біля 1%, зола - 51-62%. У вихлопних газах автомобілей сконцентрована велика кількість різних часток діаметром 0.02 - 0.06 мкм і невелика кількість великих часток. Як джерело аерозолів в стратосфері і верхніх шарах тропосфери можна вважати продукти згоряння авіаційного палива, приблизно (1 - 5) * 106 тон / рік. Таким чином загальна кількість аерозольної матерії, що виділяється в земну атмосферу, складає приблизно 109 - 1010 тон / рік. Виведення аерозолів із атмосфери сдійснюється, в основному, за рахунок вимивання хмарами [3]. Очищення повітря опадами є одним з головних процесів виведення газових, рідких та твердих забруднювачем з атмосфери у грунт. Цей процес має 3 головних аспекти: 1) переміщення домішок до місця очищення; 2) внутріхмарне очищення елементами хмари; 3) підхмарне очищення опадами, яке зазвичай називають вимивання. Вимивання у хмарі та вимивання у підхмарному шарі визначаються головним чином такими 5 параметрами, як: 1) розміром та концентрацією часток в атмосфері; 2) розмірами та концентрацією хмарних та дощових крапель, діючих як колектора; 3) запасом рідкої води у хмарі при безперервній конденсації; 4) значенням рН та хімічним складом хмарної та дощової води; 5) ступінню можливості газів та часток розчиняти у водяних краплях [4]. 2.3 Оптичні параметри аерозолей Аналіз даних по хімічному складу атмосферних аерозолів показує, що неможливо запропонувати універсальну модель комплексів показника заломлення аерозолей. Можливі, однак, наближення. Один 5 варіантів моделі можна отримати в припущенні ідеальної механічної перемішуваності всих хімічних сполук в кожній аерозольній частці, якщо відомі показники заломлення всих складових частки. Така модель, заснована на використанні методу Крамера - Кроніга, була розрахована для моделі хімічного складу аерозолей приземного шару [3] Якщо вважати вірним припущення про ідеальну перемішуваність для води, то можна розрахувати показники заломлення моделі аерозолю при різному вмісті в аерозолі води і, отже, при різній вологості. Основні риси моделі комплексного показника заломлення: 1) Для "сухого" аерозолю реальна частина показника заломлення в видимій області спектру дорівнює 1,65 ± 0,02, а уявна-біля 0.005 ± 0,003. 2) Існують потужні полоси поглинення аерозольних речовин поблизу хвиль 3,6,7,9,2 і 11,5 мкм. 3) При збільшенні вологості повітряного середовища величини реальної частини показника заломлення аерозолю зменшується, наближаючись до значення реальної частини показника для води [3]. Ще один варіант побудови моделі оптичних параметрів аерозолю полягає у використанні набору оптичних констант для різних хімічних компонент полідісперсного аерозолю. Цей варіант вельми незручний для проведення розрахунків оптичних характеристик, так як потребує тання функції розподілу часток по розмірам для кожної компоненти. Крім цього, він припускає, що ці компоненти аерозолю НЕ перемішуються між собою. Для окремих сполук й при певних умовах таке припущення може бути близьким до істини. Подібним, дуже важливим по своїй ролі у формуванні радіаційного режиму атмосфери, а також по впливу на живі організми і предмети людської діяльності, компонентами є: сажа, сірчана кислота, сульфат аммонію, вода і лід, окіслі заліза, органіка. Одна з можливостей визначення комплексного показника заломлення постає в тому, щоб вирішувати цю проблему, як зворотню задачу атмосферної оптики [3 ]. Розподіл аерозольних часток по розмірам більше залежить від походження цих часток, їх хімічної природи і різноманітних метеорологічних (особливо мікрофізічніх) характеристик середовища, чим від концентрації часток, хоча в загальному випадку і справедливо твердження, що збільшення рахункової концентрації призводить за рахунок підсилення коагуляції до перебудови спектру розмірів. Можна припускати, що первісне аерозольні частки певної природи мають власні характерні нормально - логаріфмічні розподіли з певними модальними розмірами. Потім коагуляційні ефекти між всим частками і вилучення часток з атмосфери призводять до трансформації спектру. Оцінки дій цих факторів на частки різних розмірів були зроблені Х. Юнге, В. Мартелло, Д. Хайді, Д. Жілетт, І. Бліффордом та Ч. Фекстером. На малюнку .1 зображено зміну тривалої швидкості процесів вибування часток в залежності від розмірів часток по І. Бліффорд [3]. Використовуючи для початкової мікроструктурі розподіл Х. Юнге, I. Бліффорд розрахував зміну спектру розмірів часток з часом під впливом цих факторів. Розподіл має тенденцію з часом звужувати як і боку малих розмірів часток, так і з боку великих часток. Модальний розмір з часом переміщується в бік більших часток до розмірів г = 0.1 - 0.2 мкм. Такі вимоги можуть реалізовуватися, наприклад, у сухій чистій тропосфері [3]. Мал. 2.1.Трівала швидкості процесів вибування часток, обумовленого різними механізмами, в залежності від розмірів часток [3]. Наприклад, швидкість очищення атмосфери від SO2 зростає з підвищенням інтенсивності опадів; при незмінній інтенсивності дощу швидкість вимивання зменшується із збільшенням крапель; із збільшенням рН швидкість збільшується [4]. Експериментальні дані, що засвідчують залежність оптичних властивостей аерозолів від величини відносної вологості, починаючи з рівня 20 - 30% вологості. При цьому необхідно помітити, що, наприклад, зріст коефіцієнтів аерозольного послаблення радіації з вологістю до значень 60 - 70%. При вологості 60 - 85% помітного. росту коефіцієнта послаблення НЕ досліджується і часто зустрічається навіть зменшення. Конденсаційна теорія зросту часток не може пояснити такої залежності коефіцієнтів послаблення радіації від вологості. Послідовним і логічним треба вважати припущення про конденсаційне - коагуляційний механізм зросту часток, коли коагуляція виявляється залежною від величини відносної вологості середовища і фізико-хімічних властивостей поверхні аерозольних часток. З цього припущення випливають, наприклад, висновки про вибір показника заломлення речовини атмосферного аерозолю і про залежність функцій розподілу аерозольних часток від величини відносної вологості. Так, наприклад, стає зрозумілим ефект зменшення коефіцієнта послаблення радіації при вологих > 60 - 70%, обумовлений зменшенням показника заломлення речовини і можливим покриттям часток тонкою водною плівкою [3]. Найбільш мінлива структура дрібнодісперсної фракції аерозолей, що може визвати значні варіації спектрального ходу коефіцієнтів аерозольного послаблення і поглинання. Мінлива компонента дрібнодісперсної фракції аерозолей може складатись з сажі, гематіту і органіки. Усі ці складові обумовлюють поглинення короткохвильової радіації. Частка короткохвильової радіації, що поглинається частками, може бути дуже значною: для сажі - 50 -- 60%, гематіту - 25 - 30%, органіки - 15 - 40%) від ослаблення радіації цими частками [3]. 3 аерозолю ВПЛИВ НА КЛІМАТ Таким чином з всього віщесказанного робимо висновок, що ж таке аерозолі. Аерозолів називається дісперсна система, яка складається з газоподібного дісперсійного середовища й твердої або рідкої дісперсної фази, інакше кажучи, це завислі в газі тверді або рідкі частки. Прикладів природніх та антропогенних аерозолей дуже багато. Це й хмари в небі, тумани, пил над шляхом, хмари вулканічних вивержень, смог над містами, дим від пожеж та заводських труб, грибоподібна хмара ядерного вибуху і навіть саме чисте повітря, яким ми дихаємо вдома [5]. Присутність аерозольних часток визначає багато властивостей газових середовищ, в тому числі найважливіші для існування людини властивості атмосферного повітря, як средовіща проживання. Навіть маленька концентрація часток може радикально змінити властивості газу. Наприклад, саме існування ядер конденсації, яких у повітрі не більше ніж атомів самого рідкісного з інертних газів - ксенону, визначає можливість утворення хмар, що дуже важливо для життя на Землі. Прозорість атмосфери, що обмежує доступ сонячної радіації до земної поверхні і тим самим визначає клімат планети, залежить від вмісту аерозолей в повітрі [5].
Переглядів: 6777 | Коментарі: 1
| Теги:
| Рейтинг: 5.0/1 | | |||||
| Матеріали по темі: |
0
