Особенности терригенных аэрозолей

Частицы терригенных аэрозолей поднимаются в атмосферу с земной поверхности ветром. Поэтому в основном они представляют собой частицы почвы и песка. Подъем ветром подобных частиц наиболее интенсивен в засушливый период года и в аридных регионах планеты (в пустынях и степях), где почва не защищена растительностью и поэтому легко измельчается. При сильном ветре он может приобретать катастрофические масштабы, вызывая  пылевые бури.

Пылевая (песчаная) буря вызывает ветровую эрозию почв, а также перенос их частиц на тысячи километров  в слое высотой несколько метров с заметным ухудшением горизонтальной видимости. Термин пылевая буря обычно используется при возникновении бури над глинистой и суглинистой почвой. При возникновении бурь в песчаных пустынях (особенно в Сахаре, а также в Каракумах, Кызылкумах и т.д.), когда кроме мелких частиц, снижающих видимость, ветер также несёт над поверхностью миллионы тонн более крупных частиц песка, используется термин песчаная буря.

Поднятая ветром пыль может длительное время удерживаться в атмосфере и достичь весьма удаленных регионов планеты  в виде пыльной мглы.. Пылевые бури чаще возникают в пустынях и реже в степях.

Пустыня Сахара и пустыни Аравийского полуострова являются основными центрами пылевых бурь в районе Аравийского моря. Здесь песчаные бури могут передвигать целые дюны, засыпать поля и населенные пункты. По свидетельствам Геродота, в 525 г. до н. э. во время песчаной бури в Сахаре погибло пятидесятитысячное войско персидского царя Камбиза. Это явление и ныне приводит к человеческим жертвам. В июне 2007 года большая песчаная буря произошла в Карачи и на территории провинций Синд и Белуджистан, она привела к смерти почти 200 человек. 26 мая 2008 года песчаная буря в Монголии привела к смерти 46 человек.

В Сахаре фронт такой бури может выглядеть как плотная стена пыли высотой до 1,6 км. Песчаные бури, приходящие из пустыни Сахара, также известны как самум, хамсин (в Египте и Израиле) и хабуб (в Судане).

В Сахаре наибольшое число песчаных бурь зарождается во впадине Боделе и в области схождения границ Мавритании, Мали и Алжира. За период после 1950 года масштабы песчаных бурь Сахары увеличились примерно в 10 раз, вызвав уменьшение толщины верхнего слоя почвы в Нигере, Чаде, северной Нигерии и в Буркина Фасо. В 1960-х годах в Мавритании произошло всего две песчаных бури, в настоящее время наблюдается по 80 бурь в год. Пыль и песок из Сахары переносятся через Атлантический океан на запад до Центральной Америки. При песчаных бурях в Сахаре концентрация пыли и песка в воздухе на удалении 4000 км от зоны бури достигает 35 мг/м³, в самой этой зоне она наверняка многократно выше.

Пыльные бури в Китае переносят пыль в Тихий океан.  Большая повторяемость пыльных бурь отмечается в Приаралье и Прибалхашье (юг Казахстана), на побережьях Каспийского моря, в Западно-Казахстанской области, в Каракалпакстане и Туркменистане. Высота подъема пылевых частиц в пустынях Средней Азии во время действия ветра «афганца» превышает 3.5 км, а у земли их так много, что видимость по горизонтали не превышает 50м.

В России пыльные бури чаще всего наблюдаются в Астраханской области, на востоке Волгоградской области и в Калмыкии.  

На Украине пылевые бури возможны на южных территориях Николаевской, Одесской, Херсонской, Запорожской, Донецкой и Луганской областей, а также в северных районах Крыма. В апреле 1928 года здесь ветер поднял с площади 1 млн км² более 15 млн. т чернозёма, которые были перенесены на запад и осели на площади 6 млн км² в Прикарпатье, в Румынии и в Польше. Высота облаков пыли достигла 750 м. Мощность черноземного слоя в пострадавших областях Украины уменьшилась на 10-15 см.

Пылевые бури не редки на территории США и Канады. Серия пыльных бурь в период Пыльного котла (1930—1936 гг.) здесь заставила переехать сотни тысяч фермеров. Повторялись они и в последующие засушливые годы  1954-56, 1976-78 и 1987-91. 24 февраля 2007 года сильная пыльная буря на территории западного Техаса накрыла всю северную часть этого штата.

Возникают пылевые бури и в Австралии. 8 февраля 1983 года сильнейшая пыльная буря наблюдалась на севере штата Виктория и накрыла город Мельбурн. 23 сентября 2009 года пыльная буря в Сиднее привела к перебоям в движении транспорта и вынудила сотни человек остаться дома. Свыше 200 человек обратились за врачебной помощью из-за проблем с дыханием.

Способствуют возникновению пылевых бурь в степных регионах и в частности на Украине безответственное землепользование, игнорирование системы севооборота и противоэрозионных мероприятий, которые приводят к опустыниванию.

Крайне редки пылевые бури   в лесостепных и лесных регионах (только летом и при сильной засухе, а также при шквалах).

Возникает данное явление обычно при сухой поверхности почвы и скорости ветра более 10 м/с . При увеличении скорости ветра, проходящего над незакреплёнными частицами почвы, последние начинают вибрировать, а затем «скакать». При повторяющихся ударах об землю эти частицы создают мелкую пыль, которая поднимается в виде суспензии. Такая пыль электризуется и воздействует на другие частицы своим полем, что приводит к увеличению интенсивности эрозионного процесса.

 При скоростях ветра 10-15 м/с в слое высотой 0.5-2 м образуетсяпыльный (песчаный) позёмок — перенос пыли (частиц почвы, песчинок) ветром с земной поверхности, не приводящий к заметному ухудшению видимости.

Минеральный состав пылинок, поднимаемых ветром с земной поверхности, а также их цвет зависят от состава подстилающей поверхности. На юге Украины, в поясе черноземов, пылевые бури черные. Над солончаками и соляными плато – белые. Над красноземами – красные.

В среднем, в минералогическом составе терригенного аэрозоля преобладают минералы на основе силикатов и алюмосиликатов: кварц, полевой шпат, слюда, эпидот, амфибол, апатит. Отмечается присутствие примесей магнетита, ильменита, карбоната кальция и тяжелых металлов.

Химический состав терригенного аэрозоля во многом зависит от размеров его частиц. В этом можно убедиться на примере,  представленном в таблице 2.

Таблица 2. Распределение концентраций химических элементов в разных фракциях терригенного аэрозоля в биосферном заповеднике аридной зоны Средней Азии%.

Из таблицы 2 видно, что в самых мелких частицах терригенного аэрозоля (радиус менее 0.4 мкм), составляющих лишь незначительную часть его массы, содержится 30-50% таких металлов как Sm, Cu, Cr, La, Se, As, а также более половины Zn, Hg, Cs, Mn. В тоже время содержание в них Fe и Al не превышает 8%.

В составе терригенного аэрозоля всегда присутствуют высокомолекулярные биогенные органические соединения- алканы, карбоновые кислоты нормального строения, первичные и вторичные спирты, являющиеся поверхностно активными веществами (ПАВ). Все они образуют на поверхности обводненных частиц пленку, препятствующую испарению летучих компонентов и, тем самым, повышают их устойчивость.