Felhõk & Részecskék - Haladó

Az eredetüktõl és a légköri fejlõdésüktõl függõen a részecskéknek különbözõ méreteik és koncentrációjuk van (fizikai jellemzõk); de a részecskéknek van egy másik, szintén fontos megkülönböztetése: a kémiai összetételük. Mellesleg, a részecskék fizikai és kémiai összetevõinek nagy hatása van a légköri viselkedésükre. Az egyik ok, amiért az aeroszolok olyan fontosak, az az, hogy alapvetõek a felhõképzõdésben.

Az aeroszolok vegyi összetétele

A részecskék vegyi összetétele erõsen függ a keletkezési helyüktõl.
A fõ komponensek a tengeri só, szulfát, nitrát, ammónium, szerves anyagok, földkéregbõl származó anyagok, apró fémdarabok és víz.

A durva tartományban (részecskék átmérõje > 1µm) általában földkéregbõl származó anyagokat találunk (szilícium, magnézium, kalcium, alumínium...), nátrium-kloridot (tengervíz cseppjeibõl), elsõdleges biológiai anyagokat (pollenek, spórák, elpusztult rovarok törmelékei...), lebegõ korom.

A finom részecskék fõleg másodlagos aeroszolokból állnak (gázból kialakuló részecskék), mint a szulfát, nitrát, szerves összetevõk és fémek (mint az ólom, vas, réz, nikkel…) és az elemi szén.

Mivel a légkör folyamatosan mozog és változik, egy részecske kémiai összetétele valószínû, hogy kialakul a légkörben való néhány napos tartózkodási idõ alatt. Két keveredési állapotot különböztetünk meg: belsõ és külsõ keveredést. 
A külsõ keveredésnél a különbözõ forrásból származó részecskék különállóak maradnak, pl. nem kapcsolódnak egymáshoz. 
A belsõ keveredésben a különbözõ kémiai anyagok egy részecskén belül összekeverednek. Minél öregebb a légtömeg, a belsõ keveredés mértéke annál jobban fog növekedni.

1. TEM kép egy tengeri troposzférából származió ásványi porról. Copyright © 1999, The National Academy of Sciences

Felhõképzõ magvak

A troposzférában az aeroszolok legfontosabb szerepe az, hogy lehetõvé teszik a felhõképzõdést: valójában vízgõz szükséges ezeknek a kis részecskéknek, hogy meginduljon rajtuk a kondenzáció. Nem mindegyik részecske felel meg cseppképzõ magnak. Azokat a részecskéket, melyeknek meg van az a képességük, hogy cseppekké növekedjenek, kondenzációs magvaknak (KM, angolul CCN) hívjuk. Ez a képesség függ a részecske méretétõl, vegyi összetételétõl és a túltelítéstõl (lásd a képzõdési folyamatot).

Az, hogy az aeroszol részecskék mekkora része CCN, általában sokkal fontosabb az óceánok fölött, mint a szennyezett környezetben. Mivel a teljes aeroszol részecskék koncentrációja jelentõsen magasabb a szennyezett területeken, a CCN koncentrációja körülbelül 100 db/cm³ a tengeri levegõben, amíg a szennyezett levegõben néhány száz CCN db/cm³ –t találunk.

Ahhoz, hogy egy részecske CCN lehessen, elég higroszkóposnak kell lennie, például megfelelõ mennyiségû vízben oldható anyagot kell tartalmaznia. Ezért befolyásolja a kémiai összetétel is a felhõcseppek képzõdését. Például, kibocsátásukkor a talajról származó porrészecskék nem lehetnek CCN-ek, amíg a tengeri só részecskék igen (egy nedves napon néha nehéz a sószóróból a sót kihinteni, mert a víz kikondenzálódik a sókristályokon, és összeragasztja õket).

2. Hajók nyomai: a nagy hajók kipufogógázaiban lévõ részecskék CCN-ként hatnak, és felhõket képeznek, ahogyan a képen is látjuk. Franciaország jobb oldalon található, Spanyolország a kép alján. Ahogyan a hajók az Atlanti-óceán keleti részén úsznak, ezek a felhõk kialakulnak, így teszik láthatóvá, hogy a hajó merre járt. A hajók nyomai több órán át megmaradhatnak, és a formájukkal lehetõséget adnak arra, hogy megbecsüljük azt, milyen régen keletkeztek és mekkora a hajó relatív sebessége. Minél gyorsabb egy hajó, annál keskenyebb és hosszabb lesz az általa okozott felhõnyom. A lassabb hajók rövidebb és szélesebb sávot hagynak. forrás: NASA.

Aeroszolok hatásai a felhõkön

Így az aeroszol részecskék lehetõvé teszik a felhõképzõdést. A részecskék száma és mérete ezért megváltoztatja a felhõk jellemzõit. Tény, hogy az aeroszolok a felhõ rendszerben alapvetõ szereplõk, mivel módosítják a felhõk mikrofizikáját (a cseppek számát és méretét), a potenciális csapadékot és az optikai tulajdonságokat.

Az egyik alapvetõ megfigyelés az, hogy a légkörben a CCN részecskék számának növekedésével a felhõkben több, de kisebb csepp alakul ki. A cseppek száma és mérete pedig fontos abban, hogy a felhõbõl mennyi csapadék hullhat ki és milyenek az optikai tulajdonságai (az aeroszolok felhõkre gyakorolt hatását „indirekt” hatásnak nevezzük). 
Ezért, mivel az antropogén tevékenység a részecskék fontos forrása, az ember módosítja a felhõk mennyiségét és jellemzõit.

Nézd meg a bal oldalon lévõ fotót: kondenzációs csíkokat mutat (kondenzcsíkoknak is nevezik õket) Franciaországban a Rhône völgye felett. Gyakran láthatod ezeket a mesterséges felhõket, amik a nagy sugárhajtású gépek után alakulnak ki. Jégkristályokból állnak, s ezek ott képzõdnek, ahol a hõmérséklet alacsonyabb, mint -40°C. Becslések szerint ezek a mesterséges felhõk a földfelszín körülbelül 0.1%-át borítják.

3. forrás: NASA.

4a. Szép napokon gyakran látsz kondenzcsíkokat az égen

4b. szerzõk: C. Gourbeyre, J. Gourdeau.

Az oldalról…
Szerzõ: J. Gourdeau, LAMP Clermont-Ferrand, Franciaország
Tudományos lektor: Dr Paolo Laj, LAMP, Franciaország
oldal készítése: 2003-10-15;
utolsó módosítás: 2004-04-21.