Очищение атмосферы, обусловленное броуновскими, инерционными и форическими процессами

 

Эффективность различных процессов коагуляции сильно зависит от размеров частиц. Броуновские процессы существенны для частиц, радиус которых значительно меньше 0,1 мкм, а инерционная коагуляция — для частиц радиусом 1 мкм и выше. Если радиус частицы порядка 0,1 мкм, броуновскими и инерционными процессами можно пренебречь (Pruppacher, Klett, 1980). Результаты некоторых работ, посвященных исследованию микрофизических процессов и моделированию пожаров, подтверждают, что для частиц радиусом от 0,1 до 1 мкм форические механизмы захвата преобладают над броуновскими и инерционными.
Форезом называют процесс, в котором столкновения частиц аэрозоля (в основном субмикронных размеров) с каплями воды или кристаллами льда вызываются движениями воздуха, возникшими из-за локальных градиентов температуры или концентрации. При испарении капли или кристалла льда тепло отбирается из окружающего воздуха. Возникают градиент температуры и соответственно направленный к капле поток воздуха, который и увлекает частицы аэрозоля (Pruppacher, Klett, 1980). Описанный процесс называется термофорезом. Во время испарения поток молекул воды, направленный в противоположную сторону, также вызывает движение воздуха (течение Стефана), уносящее частицы аэрозоля от капли кристалла (диффузионный форез). Как правило, термофорическая сила больше, поэтому испаряющиеся капли (кристаллы льда) сравнительно эффективно захватывают частицы аэрозоля. Этот же процесс «отталкивает» аэрозоль от растущей (конденсирующейся) капли. Форические процессы при испарении кристаллов льда, как правило, слабее, поскольку кристалл в обычных условиях испаряется гораздо медленнее, чем капля (с другой стороны, характерное время процесса может быть больше, особенно в наковальнях облаков).
Представленные значения получены теоретически. Особенно интересен диапазон радиусов от 0,1 до 1,0 мкм, в котором все механизмы вымывания неэффективны. В этой области, называемой разрывом Гринфилда (Greenfield, 1957), наиболее важны форические эффекты (NRC, 1985).
Необходимо отметить, что существуют значительные разногласия по поводу скорости захвата частиц при форических процессах в облаках. Неоднозначно определяется даже знак действующей на частицу силы (термофорической минус диффузио-форической) (Vitfori, 1984). Выдвигались предположения о том, что скорость захвата частиц в разрыве Гринфилда увеличивается за счет действия сил другой природы (например, электростатического притяжения) и это приводит к уменьшению времени жизни субмикронных частиц. В экспериментальных данных, относящихся к этому вопросу, много неясного. В соответствии с вышеизложенным в настоящее время к теоретическим результатам о скорости захвата частиц аэрозоля следует относиться как к приближенным оценкам.