Удаление газов и аэрозоли с осадками из атмосферы

Газофазные реакции являются основным механизмом возникновения аэрозоли серной и азотной кислоты, эти частицы относятся к так называемой фракции зарождения аэрозоля (см. далее), быстро укрупняясь до размеров от 0,1 до 1 мкм. Кислоты жидкой аэрозоли частично нейтрализуются за счёт поглощения газов или щелочных металлов: обычно в качестве нейтрализатора серной и азотной кислот выступает аммиак, со средним временем нейтрализации около 50 часов. Так или иначе основная часть серы и азота находится в виде гигроскопичного (впитывающего пары воды) аэрозоля с преобладанием соединений (NH₄)₂SO₄, H₂SO₄, (NH₄)₃ Н(SO₄)₂ NH₄ НSO₄ и NH₄ NO₃. Такие гигроскопичные аэрозоли могут служить ядрами конденсации для осадков, т.е. зародышами капель воды. Однако, из-за высокой изменчивости поля концентрации естественного и антропогенного аэрозоля точных оценок вклада такого механизма в возникновения осадков ещё не проведено.

Вклад различных механизмов в вымывание сульфатов и нитратов облачными и дождевыми каплями, можно определить примерно в следующих пропорциях:

1) Диффузиорез наблюдается когда малые частицы d<0,1мкм увлекаются к капле направленным потоком молекул водяного пара при конденсационном росте облачных капель (при наличии градиентов температуры возникает термофорез, а электрических полей электрофорез). Вклад в вымывание аэрозоли около 2,5 %.

2) Броуновская диффузия: случайные соударения с молекулами воздуха могут привести к попаданию мелких частиц (d< 0,1мкм) на облачную каплю. Вклад ~ 2,5 %.

3) Инерционное соударение и последующий захват частиц примеси, выносят примерно 10% соединений. Этот механизм характерен для подоблачного слоя, когда капля приобретает достаточную скорость: молекулы газа обычно огибают каплю с потоком воздуха, но большая инерционность крупных частиц аэрозоли с d>1 мкм не позволяет им уклонится от соударения и аэрозоли захватываются каплей.

4) Растворение газов SO₂, NO₂ и НNO₃ происходит достаточно эффективно: от 15% до 25% газов может быть удалено таким образом. NO растворяется плохо. Растворение зависит от рН, формы поверхности капли, температуры и наличия кислорода, озона и аммиака в воде. Растворение, как сказано выше практически сразу трансформирует газы в кислоты.

5) Почему так важна облачность и осадки: образование капель на ядрах конденсации выводит 65-75% всех вымытых соединений!

Величину константу вымывания газовой примеси осадками можно оценить как λ₁=0,01ч^-1, а вымывание аэрозолей кислот происходит несколько быстрее λ₅> λ₁ (см. таблицу 2).

9.1.3 «Сухое» удаление примесей из атмосферы.

Кроме удаления аэрозолей и газов с осадками важным механизмом является и «сухое» удаление подстилающей поверхностью. «Сухое» поглощения молекул газа или частиц аэрозоли (количество молекул в единицу времени) поверхностью площади S пропорциональна средней концентрации примеси n_cр в столбе воздуха H_cр и скорости поглощения U поверхностью, т.е. λ₄, λ₂~ncр×Hcр×S×U.

Скорость поглощения U в свою очередь обратно пропорционально сопротивлению среды R (сек/см) переносу частицы на поверхность

U=1/R=(Ra+Rл+Rп)^-1,

где, соответственно Ra - турбулентное сопротивление переносу в «свободной» атмосферы (вихри увлекая частицы примеси могут уносить их вверх), Rл сопротивление ламинарного приповерхностного слоя воздуха (действует как «подушка»), и Rп сопротивление поверхности зависящее ее физических и химических характеристик (влажность, пористость, рН, электрический заряд и т.д.) и от химической активности примесию Например поглощение поверхностью сернистого газа сильнее, чем аэрозоли серной кислоты), а поверхность пресных водоёмов имеет практически нулевое сопротивление адсобции примеси, тогда как снег имеет наивысшее Rп=10 сек/см.

Характерные величины скорости осаждения аэрозоли U=0,5 см/с, а величины слоя в котором загрязнение обычно имеет почти постоянную концентрацию в Hср =1000-1500 м, отсюда поглощение примеси единицей поверхности всей примеси произойдет за время t=H/U, следовательно скорость «сухого» выведения аэрозоли l=U/H~0,01 ч^-1.

Дата добавления: 2014-01-07