Chmury i aerozole

Wiadomości podstawowe

Co się dzieje z aerozolami w atmosferze?

Gdy cząstki stałe i ciekłe dostaną się do atmosfery zaczynają podlegać przemianom, przenoszeniu i usuwaniu z powietrza. Te procesy zależą od kilku czynników, takich jak rozmiar cząstek, ich stężenie w powietrzu, skład chemiczny aerozolu, rodzaj podłoża, warunki meteorologiczne.

Stężenie i rozmiary aerozoli

Stężenie (koncentracja) cząstek w powietrzu to ilość cząstek w jednostce objętości. Może być też wyrażona jako masa cząstek na jednostkę objętości. Oznacza to, że albo podajemy ile cząsteczek znajduje się w 1 m³ (1000 litrach) powietrza, albo ile ważą wszystkie te cząstki tam się znajdujące. Wartości obserwowane w różnych miejscach bardzo się od siebie różnią. Na środku oceanu stężenie aerozoli wynosi około 4,8 µg/m³, czyli 3 razy mniej niż w terenach poza miejskich na lądach (15 µg/m³). W miastach wartość ta może przekroczyć 100 µg/m³ , czyli 1 milion cząsteczek na cm³!

Rycina 1 pokazuje rozmiary cząstek aerozoli na przykładzie pomiarów wykonanych na oceanie, w terenach poza miejskich i w mieście. Wykres przedstawia liczbę cząstek o danej średnicy w pobranej próbce powietrza. 
Najwięcej cząstek znalesziono w powietrzu miejskim (niebieska linia na wykresie) i większość z nich jest bardzo mała, o średnicy poniżej 0,05 µm.
W mieście występują aerozole o różnych rozmiarach. Blisko źródeł emisji zwykle można zaobserwować dużo małych cząstek, ale ich koncentracja szybko spada wraz ze wzrostem odległości od źródła emisji. 

Mechanizmy przemian 

Aerozole nie pozostają w atmosferze na zawsze, najczęściej przebywają w troposferze zaledwie kilka dni. Zanim zostaną usunięte z powietrza mogą podlegać przemianom, np. koagulacji, kondensacji i brać udział w powstawaniu chmur. Procesy te są szerzej omówione w tym polu tematycznym na poziomie "więcej", w części 2.

Usuwanie aerozoli z powietrza 

Aerozole znajdujące się w powietrzu mogą podlegać przemianom fizycznym i chemicznym. Nie pozostają one jednak w troposferze zbyt długo. Naturalne i antropogeniczne źródła emisji wciąż dostarczają nowych ilości aerozoli do atmosfery. Gdyby nie były z niej usuwane to w krótkim czasie nie mielibyśmy czym oddychać, a nawet nie moglibyśmy dojrzeć naszych stóp!

Mechanizm usuwania cząstek z atmosfery nazywamy depozycją. Oznacza to, że jedynym sposobem usuwania cząstek stałych z atmosfery jest ich powrót na powierzchnię ziemi. Nie ma innych magicznych sposobów na ich pozbycie się! Dalsze informacje o depozycji w części "więcej" w tym polu tematycznym.

Oczywiście czym większa cząsteczka, tym krócej unosi się w powietrzu. Duże cząsteczki opadają na ziemię pod wpływem siły grawitacji (niczym mały kamyk upuszczony z pewnej wysokości na ziemię), z prędkością. kilku cm na sekundę. Z tego powodu duże cząsteczki występują w powietrzu tylko blisko źródeł emisji. Wiatr odgrywa jednak kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń. Jeśli upuścisz piórko to utrzyma się ono w powietrzu dłużej jeśli będziesz na nie dmuchał. Podobnie rzecz ma się z aerozolami, nawet jeśli są tak drobne, że nie możesz dojrzeć ich gołym okiem.

Cząsteczki aerozoli mogą także przemieszczać się na wielkie odległości, rzędu tysięcy kilometrów. Pył z Sahary dociera czasami aż do wschodnich wybrzeży Ameryki Pd. 

Przypadek szczególny: aerozole stratosferyczne

Zwykle aerozole przebywają w atmosferze nie dłużej niż tydzień zanim ulegną depozycji. W przypadku pyłów wulkanicznych czasami bywa jednak inaczej. Erupcje wulkaniczne dostarczają ogromnych ilości pyłów bezpośrednio do wyższych warstw  atmosfery (a ścislej do stratosfery), w formie aerozoli pierwotnych lub gazu SO₂, który następnie może tworzyć aerozole wtórne. W stratosferze cząsteczki aerozoli nie podlegają szybkiemu usuwaniu i mogą się rozprzestrzeniać po całym świecie. Aerozole stratosferyczne mogą przebywać w atmosferze nawet kilka lat!

Wybuch Pinatubo

Po 600 latach uśpienia, wulkan Pinatubo na Filipinach zdecydował się wybuchnąć 15 czerwca 1991 r. 20 mln ton SO₂ dostało sie do stratosfery. Trzy tygodnie później okazało się, że to SO₂ okrążyło kulę ziemską (patrz ryc. 3).

Rycina 4 także pokazuje skutki wybuchu Pinatubo. Kolor czerwony oznacza najwyższe wartości, zaś ciemny niebieski - najniższe, zazwyczaj obserwowane w stratosferze.

Zdjęcie nr 1: aerozole stratosferyczne przed wybuchem.

Zdjęcia nr 2 i 3: 1 i 3 miesiące po wybuchu.

Zdjęcie nr 4: 2 lata później; zakłócenia stanu normalnego są dalej widoczne!

O tej stronie:

Autor: Justine Gourdeau - LaMP - Clermont Ferrand/ Francja
Recenzent: Dr Serge Despiau, LEPI, Toulon, Francja
ostatnia aktualizacja: 2003-09-04
Tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków