Для получения полной версии работы перейдите по ссылке

При диффузиофорезе аэрозольные частицы движутся в направлении среднего потока молекул в воздухе. Например, при конденсации молекул воды, окружающих каплю, на ее поверхность частица будет двигаться вместе с результирующим потоком молекул воды по направлению к капле, и наоборот, при испарении капли — от ее поверхности. Подобные явления могут возникать при градиентах температуры (термофорез) или электрического поля (электрофорез). Явление диффузиофореза характерно лишь для очень мелких частиц (d<0,1 мкм). Общий вклад диффузиофореза в вымывание частиц дождевыми каплями невелик.

Случайные перемещения маленьких частиц, вызванные столкновениями с молекулами газа, также могут привести к переносу частицы к поверхности капли. Скорость броуновской диффузии определяется в основном размером частиц, и ее влияние становится ощутимым для частиц диаметром менее 0,1 мкм. Однако скорость диффузии даже для очень малых частиц намного ниже скорости диффузии молекул газа. В отличие от диффузии частиц диффузия молекул газа является основным механизмом их перемещения к поверхности капли [3, 5, 12].

Механизм инерционного соударения и захвата имеет смысл рассматривать лишь для подоблачного вымывания, когда капля приобретает некоторую скорость по отношению к окружающему воздуху. Молекулы газа в силу своей чрезвычайной легкости огибают падающую каплю, в то время как частицы с существенно большими массами сопротивляются изменениям движения, и чем массивнее частица, тем менее она подвержена таким изменениям. Инерционное соударение присуще относительно крупным частицам, которые находятся по курсу падающей капли. При контакте частицы с поверхностью капли происходит ее захват, а сульфаты и нитраты переходят в жидкую фазу. Эффективность вымывания путем инерционного соударения и захвата сильно зависит от скорости падающей капли, которая определяется ее размерами, а также от массы и размера вымываемых частиц. Сколь либо заметный вклад в подоблачное вымывание этот механизм вносит лишь для частиц крупнее 1 мкм [12, 13, 15].

Диоксид серы, диоксид азота и газообразная азотная кислота хорошо растворимы в воде, оксид же азота в воде растворяется слабо. Скорость растворения зависит от суммарной поверхности капельной фазы, температуры, физико-химических свойств газа, рН жидкости в капле и т. д. Растворение газов подчиняется закону Генри, т. е. продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие между жидкой и газовой фазами. Для капель размером 100 мкм равновесие между газовой и жидкой фазами для диоксида серы устанавливается за время, равное примерно нескольким секундам. Однако, как указывалось в п. I.3, в жидкой фазе растворенный диоксид серы быстро окисляется в реакциях с Н₂О₂ и О_з. Кроме того, повсеместно присутствующий в воздухе аммиак также растворяется в капле и химически реагирует с сернистой кислотой. Все это приводит к нарушению равновесия в системе газ — жидкость для диоксида серы и в результате — к растворению дополнительных порций диоксида серы в капле.

Таким образом, сочетание всех этих процессов ведет к постоянной недонасыщенности капли и к накоплению в ней серы за счет растворения и окисления диоксида серы.

Принципиально такие же процессы протекают при растворении оксидов азота и газообразной азотной кислоты, однако сопровождающие растворение химические процессы изучены слабо.

Основная часть серы и азота в аэрозольной форме представлена такими соединениями, как (NH4)₃ S0₄, Н₂S0₄, (NH4)₃ Н(S0₄)₂, NH₄HSO₄ и NН₄NО_з. Гигроскопическая природа этих соединений серы и азота делает содержащие их частицы высокоэффективными облачными ядрами конденсации. Таким образом, этот механизм вымывания соединений серы и азота является весьма важным.

Раздел 2.

Механизмы и последствия воздействия на природные экосистемы

Фоновые значения pH осадков.

Значения рН осадков можно вычислить, если достаточно точно известно содержание основных анионов и катионов. Химический состав природных вод изучается с конца прошлого столетия, что позволяет судить о кислотности дождей в период конца прошлого — начала этого веков. Расчеты показывают, что в Европе и Северной Америке в первые десятилетия ХХ в. осадки имели нейтральную или щелочную реакцию. Исходя из этого некоторые исследователи считают, что в доиндустриальную эпоху значение рН осадков над континентами превышало 5,6. Основным щелочным агентом в этом случае мог быть кальций.