2. Аэрозоли в конвективных облаках

3.2.1 Виды аэрозолей

Аэрозоли, встречающиеся в облаках, можно условно разделить на два типа:

1. Фоновые аэрозоли, постоянно присутствующие в атмосфере и являющиеся неотъемлемой частью ее состава.

2. Аэрозоли, поступающие в облака в результате различных процессов (пожары, взрывы, извержения вулканов, пыльные бури, промышленные выбросы), при которых концентрация аэрозоля превышает фоновые значения, характерные для данной местности.

Роль аэрозолей первого типа в образовании и развитии облака достаточно изучена. Между тем, процессы взаимодействия конвективного облака с аэрозольными частицами, поступающими туда в результате различных процессов, изучены недостаточно.

Конвективные облака, концентрация аэрозольных частиц внутри которых значительно превышает фоновые значения, характерные для невозмущенной атмосферы, по происхождению можно подразделить на несколько основных видов:

1. облака взрывов;

2. облака пожаров;

3. облака вулканических извержений;

4. конвективные облака, образующиеся над факелами промышленных предприятий;

5. конвективные облака, образующиеся в естественных температурных условиях, но загрязненные аэрозолями, поступившими в атмосферу из различных источников.

К облакам, относящихся к последнему типу, можно отнести конвективные облака, подвергаемые искусственному засеву аэрозолями с заданными физико-химическими свойствами (активные воздействия).

Облака взрывов. Общей причиной развития конвективного облака при взрывах антропогенного происхождения, является возникновение и развитие мощного конвективного движения над источником перегрева.

Процесс взрыва характеризуется практически мгновенным значительным повышением температуры в некотором объеме. Причиной взрыва, не связанного с термоядерными процессами, как правило, является воспламенение горючего вещества при его быстрой утечке в результате разрушения резервуара. При горении паров легковоспламеняющихся веществ образуется огненный шар. Перегрев внутренней области шара относительно окружающей атмосферы обычно составляет порядка К.

После окончательного формирования огненный шар отрывается от Земли поднимается вверх. В процессе подъема он взаимодействует с окружающей атмосферой и увеличивается в результате вовлечения окружающего воздуха. По мере подъема огненного шара, а также, расхода веществ, участвующих в экзотермических реакциях, температура внутри шара понижается. В результате охлаждения происходит конденсация водяного пара, содержащегося в вовлекаемом воздухе. Образуется облако, причем, составляющие его капли могут содержать значительные концентрации вредных веществ в результате их взаимодействия с продуктами горения[14].

Облака пожаров. При пожарах источник энергии действует в течение продолжительного времени (от нескольких часов до нескольких месяцев). В связи с этим конвективные течения имеют форму струй.

Характеристики конвективных облаков, развивающихся над пожарами, зависят от количества и физико-химических свойств сгораемых веществ, площади, охваченной огнем, влажности воздуха. Помимо этого, существенное влияние на развитие облака оказывают радиационные факторы.

Масса аэрозоля, выбрасываемого в атмосферу при пожарах, составляет: для городских пожаров - , для лесных пожаров - . Интенсивность аэрозолей и площадь, охваченная пожаром, могут изменяться на несколько порядков в зависимости от количества и характера горючих веществ, особенностей подстилающей поверхности, причины пожара и стадии его развития.

Облака над факелами промышленных предприятий. Выбросы, поступающие в атмосферу из дымовых труб и других промышленных источников, перегреты относительно окружающей среды. В связи с этим над источником происходит подъем воздуха.

Промышленные выбросы содержат аэрозольные компоненты, что в наибольшей степени характерно для дымовых труб. Интенсивность аэрозольной эмиссии и физико-химические свойства аэрозольных частиц зависят от типа промышленного предприятия, режима его работы, от характера и устройства фильтрующих систем, применяемых при очистке выбросов.

Облака вулканического происхождения. Извержения вулканов представляют собой периодически действующие источники, выбрасывающие в атмосферу горючие газы, водяной пар и аэрозоли. При этом происходит образование конвективного облака вулканического происхождения, представляющего собой вертикальные струи, содержащие продукты извержения.

Аэрозоль, содержащийся в таких облаках, можно подразделить на два типа:

1. Вулканический пепел, состоящий из силикатных частиц, образующихся при застывании капель магмы и при разрушении вулканических пород.

2. Продукты физико-химических реакций с участием газообразных продуктов извержения и атмосферных газов.

3. Продукты сгорания, образующиеся при пожарах вблизи вулкана.

Загрязненные конвективные облака, не связанные с экстремальными ситуациями. Нередко наблюдаются случаи, когда облако, образующееся в нормальных условиях, содержит большое количество аэрозольных частиц в результате попадания в него продуктов аэрозольной эмиссии при пожарах, взрывах, промышленных выбросах, извержениях вулкана, пыльных бурях, имевших место вблизи района образования конвективного облака.