Удаление частиц из атмосферы

В более ранних исследованиях этот процесс рассматривался упрощенно из-за отсутствия подходящих методов его решения. В последнее время специалисты занялись более тщательным изучением данной проблемы.
Удаление частиц из атмосферы (ее самоочищение) может происходить по различным причинам. Мелкодисперсная пыль и частицы сажи могут, например, коагулировать (т. е. группироваться в более крупные структуры в результате взаимодействия друг с другом в воздухе или внутри водяных капель). Такие более крупные частицы будут скорее удаляться из атмосферы с осадками или в результате гравитационного оседания. Насколько интенсивным будет этот процесс в дымовых облаках, образовавшихся в результате массовых пожаров, определить сложно — до сих пор эти эффекты грубо учитывались лишь в нескольких численных моделях. Для оценки конечного климатического эффекта необходимо также учитывать долгопериодные процессы коагуляции и выведения сажи и пыли. Верхний предел скорости удаления дымовых и пылевых частиц может быть оценен в предположении, что они идеально вымываются дождями. Это было сделано в последних исследованиях с помощью трехмерных моделей.
Осадки, вероятно, будут играть ключевую роль в очищении дымовых потоков и облаков от продуктов сгорания. В свою очередь пыль и дым сами способствуют выпадению дождя. Водяные пары, оседая на частицах пыли, образуют капли; если в этот процесс вовлечено относительно небольшое число частиц, то масса сформировавшихся в конечном итоге капель может увеличиться до пределов, достаточных для выпадения. На пути к поверхности Земли они, по всей видимости, будут захватывать еще частицы дыма и пыли, находящиеся на небольших высотах. Эффективность этого процесса очищения зависит от нескольких пока недостаточно изученных факторов, в частности от размера и химического состава частиц, а также от того, будут ли они отталкивать или впитывать влагу.
Определение точного количества мельчайших частиц, которые будут удалены из атмосферы вместе с осадками,— чрезвычайно сложная задача, поскольку мало изучены процессы, происходящие в облаках. Например, может случиться так, что образуется густой туман, а дождь не выпадет вследствие одновременной конденсации водяных паров на большом числе частиц, которые будут «отнимать» друг у друга влагу. Другая проблема связана с оценкой скорости удаления дымового аэрозоля с осадками (по сравнению, например,со скоростью выпадения более крупных частиц различных соединений). Вопрос и в том, окажутся ли размеры частиц — продуктов горения нефти в топливных хранилищах — достаточно большими, чтобы они выпали на поверхность под действием силы тяжести. Пока ученые располагают крайне ограниченной информацией по этим вопросам.
«Черные ливни», разразившиеся над Хиросимой и Нагасаки, показали, что какое-то количество сажи и дымового аэрозоля может быть практически немедленно удалено из атмосферы после ядерных взрывов. Однако другие данные, например полученные из наблюдений за лесными пожарами и горением нефти, свидетельствуют о том, что значительная часть дыма и пыли, не взаимодействуя с осадками, может подняться в верхние слои атмосферы.
Процесс самоочищения атмосферы после ядерного взрыва нуждается в дальнейшем изучении. С учетом имеющихся на сегодня данных в настоящем исследовании высказывается предположение, что около 30—50 % дыма будет удалено из атмосферы в течение первых дней после ядерного взрыва.
При исследовании процессов удаления частиц в течение нескольких недель и даже месяцев нужно учитывать три важных фактора: высоту, на которую они выброшены в атмосферу; метеорологические условия; размер, форму и особенности поверхности частиц. Если в атмосферу попадет большое количество крупных частиц, они будут более эффективно вымываться осадками, а также возвращаться на Землю под действием силы тяжести. Кроме того, коагулируя с частицами меньшего размера, они могут увлекать их за собой. Наблюдения за пожарами в открытой местности показывают, что исходящие от них струи дыма в основном уносят в воздух мелкие частицы.
Необходимо учитывать, что наличие частиц в атмосфере может заметно влиять на метеорологические условия, которые, в свою очередь, скажутся на поведении частиц. Так, если вследствие сильного дымового выброса верхние слои атмосферы нагреваются, то создаются условия, замедляющие процесс образования облаков; в результате количество осадков — особенно тех, которые формируются в верхних и средних слоях тропосфе
ры,— уменьшается. В таком случае частицы могут остаться в атмосфере па более длительный срок.
Трехмерные модели долговременных процессов очищения атмосферы не отличаются высокой точностью. Не исключено, что полученные оценки способности атмосферы к самоочищению преувеличены. Последние исследования в этой области (основанные на весьма приблизительных данных) вносят ясность в некоторые аспекты проблемы. Один из самых важных результатов состоит в следующем: в условиях, когда температура различных слоев атмосферы изменяется из-за наличия частиц дыма и сажи, поглощающих солнечный свет, формирование дождей будет происходить в более низких слоях атмосферы, а большая часть аэрозоля поднимется выше, что уменьшит эффективность вымывания дымовых частиц. Вследствие этого частицы останутся в атмосфере на более продолжительный срок, и, следовательно, климатические последствия ядерного конфликта могут оказаться более длительными и охватить значительно большие территории.