Особенности биологических (растительных) аэрозолей

Определенное влияние на образование атмосферных аэрозолей оказывают и живые существа. Биологические аэрозоли, создаваемые ими, весьма разнообразны по своим свойствам. Это и микроорганизмы, и насекомые и птицы и пух и многое другое. Наибольшую часть в общем количестве частиц биологических аэрозолей создают наземные растения. Их присутствие на подстилающей поверхности снижает интенсивность образования терригенных аэрозолей, поскольку частицы почвы при этом  крепче удерживаются корнями. Вместе с тем растения поставляют в атмосферу иные частицы аэрозолей, являющиеся результатами их жизнедеятельности. В составе этих частиц присутствуют семена и споры растений, а также микрокристаллы неорганических и органических соединений, образующиеся в результате испарения на поверхности листьев их внутриклеточных растворов.

Микроэлементный состав семян и спор растений зависит от их способности накапливать соответствующие вещества, а также от их присутствия в почве, на которой эти растения произрастают. Семена и споры способны существенно загрязнять аэрозоль тяжелыми металлами. В этом нетрудно убедиться на примере, представленном в таблице 3, где  сопоставлены средние концентрации различных компонентов аэрозоля над городом Севастополем, присутствующих в нем спор наземной зеленой нитчатой водоросли рода Трентеполия, а также соответствующие значения их кларка для литосферы (по Виноградову). Как видим из таблицы 3, средняя концентрация всех микроэлементов в спорах этой водоросли над городом Севастополем существенно больше,  чем в аэрозоле, больше она и чем соответствующее значение (среднего  содержания в земной коре). Сильней всего накапливается в спорах цезий, металлы группы железа и стронций.

Бюфорд установил, что над лесами воздух содержит аэрозоли, обогащенные микроэлементами, содержащимися в почве. Эти вещества выделяются листьями в виде иглообразных твердых частиц размерами 200 х 30 нм. Как правило, в них много Fe, Zn, а в близи автодорог и Pb.

Таблица 3 . Средние концентрации некоторых микроэлементов в аэрозоле над городом Севастополем, а также спорах водоросли Трентополия.

Корневые системы деревьев потребляют из почвы все содержащиеся в ней растворимые соединения (в том числе и соединения тяжелых металлов). Часть этих веществ расходуется в организмах растений, а излишек выводится из них через устьица листьев. Сквозь устьица на поверхности листьев поступают растворы невостребованных остатков соединений, поступивших из почвы. На поверхности листьев из этих растворов происходит испарение воды. Остаток образует упомянутые выше гидрофильные кристаллы. 

По данным Исидорова, подобный процесс обеспечивает поступление с 1 км² лесного массива в атмосферу за год до 9 кг цинка. В составе аэрозоля над лесными массивами обнаружены также высокомолекулярные органические вещества растительного происхождения, поступающие в атмосферу через устьица листьев, цветы и другие части растений.

К числу фитогенных компонентов аэрозолей над лесами относятся также циклические углеводороды С₂₀ и С ₃₀,, а также их производные – терпеновые спирты, кетоны и органические кислоты.

Частицы аэрозоля и оптические свойства атмосферы.

   Частицы аэрозоля во многом определяют оптические характеристики. Наиболее существенно они  зависят от распределения в атмосфере частиц аэрозоля различных размеров. Вблизи земной поверхности чаще встречаются самые крупные частицы с  диаметрами 20 мкм и более. В свободной атмосфере, на высотах 1-3 км над уровнем моря преобладают пылинки диаметром от 0.5 до 1 мкм. Количество аэрозольных частиц в тропосфере с высотой уменьшается. При этом законы уменьшения содержания частиц различного диаметра близки к экспоненциальному:

N(z) = N(0)exp{-z/H_o},

Здесь N(0)- концентрация частиц некоторого размера у земной поверхности, а H_o- параметр, зависящий как от размера частиц, так и от развития турбулентности в атмосфере. Средние значения рассматриваемых параметров для частиц различного радиуса приведены в таблице 4.

Как нетрудно заметить из данной таблицы, по мере удаления от земной поверхности концентрация любых частиц аэрозоля в воздухе повсеместно уменьшается. Воздух над Москвой на высоте 4000м их содержит в 15-20 раз меньше, чем у земной поверхностью.

Таблица 4. Осредненные параметры зависимостей от высоты количества аэрозольных частиц различного радиуса в тропосфере.

Запыленность нижних слоев атмосферы увеличивается осенью и в начале зимы. После дождей и снегопадов воздух от частиц аэрозоля  очищается. Летом, при безветренной погоде,  запыленность нижних слоев атмосферы невелика, поскольку при этом терригенных аэрозолей образуется мало, к тому же и конвективные потоки воздуха, уносят их в верхние слои атмосферы. Скорость ветра немонотонно влияет на запыленность приземного слоя атмосферы. В неподвижном воздухе все пылинки рано или поздно осаждаются силой тяжести на земную поверхность. Пылинки падают в атмосфере со скоростями пропорциональными квадрату и радиусов.

 Если скорость ветра мене 1 м/с, то ее увеличение запыленность увеличивает. При скорости ветра более 1 м/с ее увеличение запыленность атмосферы снижает (усиление ветра приводит к более активному выносу пыли в верхние слои атмосферы).

Запыленность атмосферы увеличивает затухание в ней света, тем самым снижая дальность видимости. Зависимость дальности видимости от запыленности воздуха показана в таблице 5.

Таблица 5. Дальность видимости в воздухе над городом и полем с различным содержанием пылевых частиц .

Усиление поглощения и рассеяния  солнечной радиации в запыленной атмосфере снижает ее приток к земной поверхности, что вызывает похолодание. Поэтому присутствие аэрозолей в атмосфере значимо влияет на климат, способствуя его похолоданию.