Плотность сажевых частиц оценивается в 1.9-2.0 г/см3 в зависимости от состояния пористости частиц (плотность графита составляет 2.21-2.25 г/см3 ).

Высокая концентрация сажи в атмосфере может способствовать заметному нагреванию слоя, содержащего сажевые частицы, его стабилизации и увеличению времени жизни сажевых частиц. Длительному времени существования сажи в атмосфере способствует малая плотность частиц, их рыхлая «цепочечная» морфологическая структура. Из данных натурных наблюдений известно, что в атмосфере городов длительное время витают сажевые частицы, размеры которых достигают 1 мм и больше.

Частицы сажи, пироуглерода или других близких к ним по структуре углеводородов, образующихся при выделении свободного углерода, должны иметь модальный радиус rm» 0.01 .0.03 мкм. Тонкодисперсная фракция сажистых частиц в процессе гетермолекулярной коагуляции пополняет субмикронную фракцию аэрозолей свободным углеродом, что приводит к значительному увеличению поглощающих свойств субмикронной фракции частиц, а также частиц минерального аэрозоля. При повышенной влажности атмосферы частицы аэрозоля частично или полностью растворяются, и мелкодисперсный сажистый нерастворимый аэрозоль присутствует в каплях в виде вкраплений, нарушающих ее оптическую однородность. При высокой влажности сажистые частицы промышленного аэрозоля являются ядрами конденсационного роста частиц.

В крупных промышленных центрах туман может смешиваться с промышленным дымом, образуя смог. Смоги обладают сильным токсическим воздействием и наносят огромный вред здоровью людей. Образованию смога в крупных промышленных районах способствуют сажистые частицы промышленного аэрозоля, которые являются ядрами конденсации. Обладая высокой поглощательной способностью, сажистые частицы, поглощая коротковолновую радиацию, создают температурную инверсию. Расчеты показали, что вблизи верхней границы промышленной дымки скорость нагрева атмосферы за счет поглощения коротковолновой радиации может составлять 10-15 К/сут, в то время как поглощение излучения подстилающей поверхностью уменьшается в 1.5 раза. Изменение структуры радиационного баланса в пограничном слое атмосферы и приводит к возникновению температурной инверсии. В результате резко уменьшается турбулентный массообмен и нарушается циркуляция воздуха над промышленным районом. В ночных условиях смог создает парниковый эффект, уменьшая степень радиационного выхолаживания подстилающей поверхности [6].

1.1.2. ПЕПЕЛ

Размеры частиц пепла в основном превышают 1 мкм, и, следовательно, их время жизни в атмосфере относительно невелико. По своим оптическим свойствам частицы пепла ведут себя примерно так же, как частицы почвенного присхождения,поэтому выделение этих частиц в отдельный тип для радиационных расчетов необоснованно. Однако важное значение могут иметь каталитические и фотокаталитические свойства пепла, обусловленные присутствием в нем тяжелых металлов.

Атмосферный аэрозоль является продуктом сложной совокупности химических и физических процессов. Вследствие сложности этих процессов и относительно короткого времени жизни аэрозоля его химический состав и физические характеристики очень изменчивы. Пространственно-временная изменчивость в такой степени фрагментарны, что пока еще невозможны оценки общего бюджета аэрозоля различных типов, а имеющиеся оценки мощности глобальных источников аэрозоля природного и антропогенного происхождения сугубо ориентировочны.

Несомненно, однако, что оценки, относящиеся к антропогенному аэрозолю, более достоверны, чем для природного аэрозоля (особенно в труднодоступных районах Мирового океана и континентов). Подобная ситуация определяет малую достоверность о соотношении между природным и антропогенным аэрозолем, хотя несомненно проявляющееся в глобальных масштабах воздействие хозяйственной деятельности человека на круговороты серы и азота.

В зависимости от состава или источников Кондратьев К. Я. выделяет следующие типы природного аэрозоля : 1) продукты испарения морских брызг; 2) поднятая ветром в атмосферу минеральная пыль; 3) вулканический аэрозоль (как непосредственно выброшенный в атмосферу, так и образовавшийся за счет газофазных реакций); 4) частицы биогенного происхождения (непосредственно выброшенные в атмосферу и образовавшиеся в результате конденсации летучих органических соединений, например терпенов, а также химических реакций между этими соединениями); 5) дымы от сжигания биоты на суше; 6)продукты природных газофазных реакций (например, сульфаты, возникающие за счет восстановленной серы, поступающей с поверхности океана).

По этому же принципу антропогенный аэрозоль можно классифицировать следующим образом: 1) непосредственные промышленные выбросы частиц (например, частиц сажи, дыма, дорожной пыли и др.); 2) продукты газофазных реакций. Целесообразно, помимо этого, различать тропосферный и стратосферный (преимущественно вулканический) аэрозоль.

Большое внимание привлекают следующие газофазные реакции образования аэрозоля: 1) однородная гомомолекулярная нуклеация (образование новых устойчивых жидких или твердых мельчайших частиц из газовой фазы при наличии лишь одного газового компонента); 2) однородная гетеромолекулярная нуклеация (аналогичный процесс в присутствии двух или более газов); 3) гетерогенная гетеромолекулярная конденсация (рост уже существующих частиц за счет адсорбции газа).

Исключительно сложны и пока еще плохо изучены фотохимически и химические реакии, которые ответственны за первоначальную трансформацию «высоко летучего» газа в газовый компонент, являющийся исходным для образования аэрозоля. По-видимому, наиболее существенны следующие процессы: 1) реакции сернистого газа с радикалами гидроксила, которые в конечном счете приводят к образованию молекул серной кислоты и сернокислотного аэрозоля; 2) реакции неметановых углеводородных соединений с озоном и (или) радикалами гидроксила с образованием альгидов, спиртов, карбоксильных и дикарбоксильных кислот (как правило, вторичные продукты этих реакций вступают в реакцию с оксидами азота, что приводит к образованию органических нитратов). Очень важную роль в химии атмосферы играют озон и радикалы гидроксила (НО и HO2), которые прямо или косвенно являются продуктами фотохимических реакций (именно поэтому процессы газофазного образования частиц характеризуются обычно хорошо выраженным суточным ходом).

К числу важнейших типов атмосферного аэрозоля относятся частицы органических соединений. Разнообразные органические соединения участвуют в столь большом числе реакций, что исследования органического аэрозоля наталкиваются на исключительные трудности. Весьма значительна концентрация в атмосфере сажевых частиц, среднее значения которой над океанами достигают 0.5 мкг/м2и сравнимы с концентрацией минерального аэрозоля. По-видимому, источниками глобального органического аэрозоля в равной степени являются как природные, так и антропогенные, причем примерно половина поступившего в атмосферу количества природного аэрозоля приходится на долю океана.