Large Binocular Telescope  
Большой бинокулярный телескоп онлайн смотреть  
Большой бинокулярный телескоп
О телескопе
Зеркала
Инструменты
LBTB
Интерферометр
История телескопов
Полезные ресурсы
К сведению

Фотографии
Видео
LBT on-line
Марсоход curiosity (кьюриосити)
Фотографии
Панорама
Солнечная система
Венера
Земля
Куаоар
Луна
Марс
Меркурий
Нептун
Плутон
Сатурн
Солнце
Уран
Юпитер

Астрономия Солнца
Взаимодействие планет
Озоновый слой
Атмосфера
Cодержание озона
Фотохимия озона
Фотохимические процессы
Малые газы
Озоновая дыра
Эволюция озона
Ядерный удар
Охрана озоносферы
Метеорология
Атмосфера
Солнечная радиация
Температурный режим почвы
Температурный режим воздуха
Водяной пар в атмосфере
Испарение
Конденсация водяного пара
Осадки, снежный покров
Погода
А это Челябинск
Метеорит Чебаркуль
Фото отчет
Видео отчет

Атмосферные аэрозоли

Атмосферные аэрозоли

Значительное влияние на химические и радиационные процессы в атмосфере оказывают аэрозоли — твердые и жидкие частицы, взвешенные в воздухе.

Наиболее высоки концентрации аэрозолей в тропосфере, где они присутствуют в виде пыли природного и антропогенного происхождения, а также в виде капель воды и кристаллов льда, образующих облака. В стратосфере концентрация аэрозольных частиц обычно гораздо меньше, особенно крупных частиц радиусом более 1 мкм.

Внимание научного мира к аэрозолям на больших высотах было привлечено после взрывного извержения в 1883 г. вулкана Кракатау, когда в стратосферу попало большое количество вулканических газов и частиц пепла. Частицы пепла и аэрозольные частицы, образовавшиеся из вулканических газов, оставались в стратосфере в течение нескольких лет и вызывали во всем мире такие оптические явления, как цветные сумерки, постоянные гало вокруг Солнца и Луны. В настоящее время выделяют следующие группы стратосферных аэрозолей, отличающиеся составом, происхождением и распределением: фоновый аэрозоль, метеорная пыль, серебристые облака и перламутровые облака, часто называемые полярными стратосферными облаками.

Уже в начале 60х годов путем прямого анализа аэростатных проб было установлено, что частицы фонового стратосферного аэрозоля являются каплями серной кислоты, содержащими различные примеси и включения. Стратосферный сульфатный аэрозоль, сосредоточенный на высоте 22—24 км, рассеивает в космос падающее на Землю солнечное излучение и влияет тем самым на глобальный радиационный баланс Земли. В обычных условиях влияние стратосферного аэрозоля сравнительно невелико, однако при одновременном попадании в стратосферу большого количества серы, например при вулканических извержениях, содержание сульфатного аэрозоля в стратосфере может сильно увеличиться. На рис. 1.10 показано изменение за 1977—1985 гг. обратного аэрозольного рассеяния по результатам лидарных измерений в альпийской обсерватории ГармишПартенкирхен, ФРГ. При сравнении этих данных с приведенными на рис. 1.11 результатами спутниковых измерений аэрозольного ослабления в стратосфере приполярных районов можно видеть общность временного хода. Прежде всего это максимум обратного рассеяния и ослабления в конце 1982 и начале 1983 г., обусловленный извержением вулкана ЭльЧичон, в результате которого обратное аэрозольное рассеяние, пропорциональное в первом приближении количеству стратосферного аэрозоля, увеличилось более чем на порядок. В случае сильных извержений вклад стратосферного аэрозоля в радиационный баланс становится значимым и климат Земли отвечает на это кратковременным похолоданием. Хотя это похолодание лежит на пределе точности существующих технических средств измерений, оно все таки выявляется современными математическими методами.

Особенностью стратосферного аэрозоля является его слоистая вертикальная структура, хорошо выявляемая различными методами, особенно оптическими. Впервые слоистую структуру стратосферного аэрозоля обнаружил немецкий ученый Юнге, поэтому иногда стратосферный аэрозоль называют слоями Юнге. Слоистая структура стратосферы, обусловленная ее устойчивой термической стратификацией, проявляется в вертикальных профилях озона, водяного пара и других составляющих. Особое значение для химии стратосферы имеет слоистая структура вертикального профиля скорости и направления ветра. При малой скорости вертикального перемешивания в стратосфере примеси в различных слоях могут переноситься в разных направлениях и существенно изменять пространственное распределение малых составляющих. Кроме того, различными методами установлена слоистая структура вертикальных профилей характеристик турбулентности. Как оказалось, сильно турбулизированные слои толщиной несколько десятков метров разделяются ламинарными слоями такой же толщины. В случае учета существенной нелинейности фотохимических процессов по отношению к концентрации отдельных составляющих используемая в математических моделях замена чередующихся турбулентных и ламинарных слоев однородной стратосферой с монотонно изменяющимся по высоте коэффициентом перемешивания может приводить к значительным локальным погрешностям. К сожалению, пока не создано теории, хорошо описывающей слоистую структуру стратосферы.

Распределение частиц фонового стратосферного аэрозоля по размерам и концентрация частиц могут изменяться в широких пределах. Наиболее характерно одномодовое распределение с модальным радиусом, близким к 0,1 мкм. В отдельных случаях наблюдаются и бимодальные распределения, образующиеся, повидимому, при перемешивании частиц с различной историей роста. Концентрация частиц фонового стратосферного аэрозоля проявляет широтный ход — концентрация частиц наибольшая в экваториальной области и уменьшается к полюсам. При низкой вулканической активности концентрация частиц радиусом более 0,15 мкм составляет 1—2 см3, а частиц радиусом более 0,03 мкм (ядер Айткена)—около 10—12 см3. Вулканические извержения через некоторое время резко увеличивают весовую и счетную концентрации частиц фонового стратосферного аэрозоля. Так, примерно через шесть месяцев после извержения вулкана Сан Фуэго концентрация частиц увеличилась почти на порядок и достигла 8—10 см3. Задержка между моментом вулканического извержения и временем достижения максимальной концентрации аэрозольных частиц обусловлена медленным процессом окисления диоксида серы, содержащегося в вулканических газах, до серной кислоты. После достижения максимума концентрация частиц фонового стратосферного аэрозоля постепенно уменьшается и через 2—3 года снижается до уровня, существовавшего до извержения вулкана.

Ежедневно в верхнюю атмосферу Земли поступает несколько десятков тонн межпланетного метеорного вещества. Оценки притока метеорного вещества, сделанные разными исследователями, различаются в довольно широких пределах — от 14 до 170 т/сут; наиболее вероятное значение равно 40—70 т/сут. Кроме того, примерно такое же количество межпланетного вещества может поступать в атмосферу за короткие промежутки времени при спорадических метеорных ливнях. Средняя медианная масса метеорных частиц, поступающих в атмосферу, близка к 10 мкг, что соответствует радиусу частиц около 100 мкм.

Судьба метеорных частиц, попадающих в атмосферу, определяется их размером и скоростью. Самые мелкие частицы — микрометеориты— тормозятся в атмосфере без повышения температуры до уровня их плавления и испарения. Максимальный размер микрометеоритов обратно пропорционален кубу их скорости: при 12 км/с он составляет около 100 мкм, при 20 км/с — 25 мкм, а при 40 км/с — 3 мкм. Большинство метеорных частиц входит в атмосферу со скоростью 14 км/с, и микрометеориты составляют небольшую часть всей метеорной массы.

Частицы, более крупные, чем микрометеориты, составляющие основную часть массы метеорного вещества, при торможении нагреваются до температуры плавления. Расплавленный слой метеорного вещества срывается с поверхности частицы и частично испаряется. В результате этого процесса, называемого абляцией, масса крупных метеорных частиц быстро уменьшается, и они полностью превращаются в микронную и субмикронную метеорную пыль. Некоторые из крупных метеорных частиц при входе в атмосферу распадаются на фрагменты, как правило, большие, чем микрометеориты, которые также подвергаются абляции. Лишь наиболее крупные метеориты не полностью расплавляются и достигают поверхности Земли.

Несмотря на неоднократные попытки, не удалось получить надежные данные о концентрации и распределении по размерам частиц метеорной пыли в верхней атмосфере. Данные ракетных и лидарных измерений показывают, что концентрация частиц радиусом более 0,02 мкм на высоте 50—90 км не превышает нескольких сотен в 1 м3. При такой низкой концентрации трудно собрать репрезентативную пробу частиц в кратковременном полете, а лидарный отраженный сигнал близок к уровню шума. Существует также проблема идентификации частиц метеорного происхождения в пробах, содержащих частицы фонового стратосферного аэрозоля и другие частицы земного происхождения. Поскольку концентрация частиц метеорной пыли мала, то мало и ее влияние на физические и химические процессы в стратосфере.

Fatal error: Call to a member function return_links() on a non-object in /home/httpd/vhosts/lbt.su/httpdocs/index.php(386) : eval()'d code on line 214