Czy aerozole są kuliste?

Opisując aerozole mówimy o ich średnicy, w dodatku aerodynamicznej. Można by więc pomyśleć, że mają kształt kulisty. Czy faktycznie tak jest? Możecie się o tym przekonać, oglądając zdjęcia zrobione pod mikroskopem skaningowym.

Kształty cząstek aerozoli

Cząsteczki soli morskiej

Włókna azbestu

Pył lotny, powiększenie 2000x

Ziarna pyłku różnych gatunków roślin, powiększenie 500x.

Ziarna i łańcuchy sadzy, paski skali mają wymiar 500 nm

Pył wulkaniczny (wybuch wulkanu. Św. Heleny)

Bakteria - pałeczka tularemii o wymiarach 0,2-0,5 µm (wybarwiona na niebiesko) w makrofagach

Aerozole atmosferyczne, to różne cząstki stałe i ciekłe zawieszone w powietrzu. Mają zróżnicowane źródła, dlatego ich cechy fizyczne są odmienne. Większość ma faktycznie kształt sferyczny, ale są również długie włókna azbestu, sześcienne kryształy soli morskiej, porowaty pył pochodzący z wybuchów wulkanów, rozgałęzione łańcuchy sadzy, czy też niesamowicie wyglądający aerozol biologiczny: pyłek roślin, wirusy, spory.

Cechy głównych aerozoli (zmodyfikowane na podstawie Li et al., 2016)

W różnych środowiskach udział poszczególnych rodzajów cząstek jest różny. Nad miastami więcej będzie cząstek drobnych, w większości o sferycznym kształcie. Z daleka od źródeł emisji antropogenicznej, cząstki będą miały większą średnicę, ale też ich kształt będzie bardziej nieregularny np. zbliżony do sześciennego jak w przypadku soli morskiej.

Co w takim razie znaczy średnica aerodynamiczna? Tutaj potrzebna nam jest wiedza o gęstości cząsteczki oraz szybkości jej opadania. Średnica aerodynamiczna (d_a) cząstki o nieregularnym kształcie to średnica kuli, której gęstość wynosi 1 g/cm³ i osiada w nieruchomym powietrzu z tą samą prędkością (V_ts) co dana cząstka. Na schemacie pokazane jest porównanie różnych sposobów przedstawiania średnicy aerozoli. Małe cząstki mogą przebywać w atmosferze od dni do tygodni, podczas gdy czas życia frakcji gruboziarnistej wynosi od godzin do dni.

Porównanie wielkości cząstki o nieregularnym kształcie oraz różnego sposoby wyrażania tzw. średnicy zastępczej.

Bibliografia:

1. China, Swarup & Mazzoleni, Claudio & Gorkowski, Kyle & Aiken, Allison & Dubey, Manvendra. (2013). Morphology and mixing state of individual freshly emitted wildfire carbonaceous particles. Nature communications. 4. 2122. 10.1038/ncomms3122.
2. Li, Weijun & Sun, Jiaxing & Xu, Liang & Shi, Zongbo & Riemer, Nicole & Sun, Yele & Fu, Pingqing & Zhang, Jianchao & Lin, Yangting & Wang, Xinfeng & Shao, Longyi & Chen, Jian-Min & Zhang, Xiaoye & Wang, Zifa & Wang, Wenxing. (2016). A conceptual framework for mixing structures in individual aerosol particles. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 121. 10.1002/2016JD025252.

Źródła zdjęć:

1. Fotografia tytułowa: Cząsteczki pyłu lotnego, powiększenie 2000x, autor: United States Department of Transportation – Federal Highway Administration, licencja: Domena publiczna, źródło: Wikimedia Commons, odsyłacz do fotografii tutaj.
2. Cząsteczki soli morskiej (fotografia 1. w zestawieniu w tekście), autor: Chere Petty, University of Maryland, Baltimore County NSF grant DBI-0722569, źródło: NASA Goddard Media Studios, odsyłacz do zasobu tutaj.
3. Włókna azbestu (fotografia 2. w zestawieniu w tekście), licencja: Domena publiczna, źródło: Wikimedia Commons, odsyłacz do fotografii tutaj.
4. Cząsteczki pyłu lotnego, powiększenie 2000x (fotografia 3. w zestawieniu w tekście), autor: United States Department of Transportation – Federal Highway Administration, licencja: Domena publiczna, źródło: Wikimedia Commons, odsyłacz do fotografii tutaj.
5. Ziarna pyłku różnych gatunków roślin, powiększenie 500x (fotografia 4. w zestawieniu w tekście), autor: Dartmouth College Electron Microscope Facility, licencja: Domena publiczna, źródło: Wikimedia Commons, odsyłacz do fotografii tutaj.
6. Ziarna i łańcuchy sadzy, paski skali mają wymiar 500 nm (fotografia 5. w zestawieniu w tekście), za: China S., Mazzoleni C., Gorkowski K., Aiken A., Dubey M., 2013, Morphology and mixing state of individual freshly emitted wildfire carbonaceous particles. Nature communications. 4. 2122. 10.1038/ncomms3122, licencja: CC BY-NC-SA 3.0
7. Pył wulkaniczny (wybuch wulkanu. Św. Heleny) (fotografia 6. w zestawieniu w tekście), autor: Sarna-Wojcicki, A M. , licencja: Domena publiczna, źródło: USGS, odsyłacz do fotografii tutaj.
8. Bakteria – pałeczka tularemii o wymiarach 0,2-0,5 µm (wybarwiona na niebiesko) w makrofagach (fotografia 7. w zestawieniu w tekście), autor: National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), licencja: CC BY 2.0, źródło: Wikimedia Commons, odsyłacz do fotografii tutaj.