В метеорологии под аэрозолем понимают твердые и жидкие частицы, плавающие в атмосфере и выпадающие на Землю. Аэрозоли попадают в атмосферу от многих источников. По происхождению они подразделяется на аэрозоли естественного и антропогенного происхождения.
Источниками естественных аэрозолей являются океаны, космическая пыль, частицы почвы и горных пород, поднимаемых в воздух при ветровой эрозии, органические вещества — пыльца растений споры, бактерии и др., частицы дыма, возникающие при лесных и торфяных пожарах, продукты вулканических извержений.
Атмосферные аэрозоли над океаном образуются в результате разбрызгивания капель морской воды и их последующего испарения. Капли образуются при сдувании ветром брызг с гребней волн, при выпадении на водную поверхность осадков, в прибойной зоне побережий. Основным компонентом морских аэрозолей является хлорид натрия, однако в них присутствуют карбонаты, сульфаты, калий, магний и кальций, ряд органических соединений. Взвешенные в воздухе солевые частицы в прибрежных районах наносят значительный ущерб сельскохозяйственным культурам и вызывают коррозию материалов. По оценкам выпадение соли на океанических островах и в прибрежных районах континентов варьирует от 3 до 4 т/км2 в год, максимальные значения достигают 470 т/км2 в год.
Важным источником аэрозолей являются вулканы, но их вклад сильно варьирует во времени и пространстве. Это понятно, так как одно мощное извержение может многократно превысить выброс частиц в атмосферу, который происходит в периоды «спокойной» вулканической деятельности. Например, при взрыве Кракатау в 1883 г. эруптивные облака поднялись на высоту 30 км и в Батавии, находящейся в 160 км от вулкана, день превратился в ночь. Извержение вулкана Агунг на о. Бали в 1963 г. выбросило большое количество аэрозолей в тропосферу и стратосферу, вызвав на всем земном шаре весьма эффектные вечерние зори. Появление аэрозолей в стратосфере в результате этого извержения вызвало повышение там температуры примерно на 5°С.
Вулканические аэрозоли представляют собой тонко измельченную лаву либо капли серной кислоты, содержащей растворы сульфатов, галогенидов, следы никеля и хрома.
Значительная часть аэрозолей поступает в атмосферу с поверхности почвы и скальных пород. В Атлантике, начиная от побережья Сенегала почти до центра океана, простирается область постоянного интенсивного выноса сахарской пыли. Этот район у мореплавателей получил название «море мрака». Известно много районов на Земном шаре, где также постоянно происходит вынос в атмосферу пыли, песка и мелкодисперсных частиц.
Степные, кустарниковые и лесные пожары являются еще одним важным источником тропосферных аэрозолей. Зола, выбрасываемая при пожарах в атмосферу, состоит из неорганических веществ, минералов, первоначально присутствовавших в тканях растений. В золе имеются частицы углерода, не полностью сгоревшие смолистые вещества. Крупные лесные пожары могут быть источниками атмосферных аэрозолей, заметных в глобальном масштабе. Так, дым от лесных пожаров на западе Канады в 1950 г. наблюдался, например, над Британскими островами.
Метеорная пыль может быть, по крайней мере, двух видов. Так, субмикронные частицы из межпланетного пространства могут достигать земной поверхности в неизменном виде. Более крупные частично сгорают или расплавляются. Это приводит к распылению капель или паров. Затвердевшие после сгорания метеора, капли или сконденсировавшиеся пары могут достигать тропосферы.
Частицы биологического происхождения переносятся на большие расстояния. Споры грибов, например, находили над океаном на расстоянии 1000 км, а пыльцу — в 2500 км от возможного ближайшего источника. Морские бактерии обнаружены в пробах воздуха более чем в 100 км от побережья. Во время полета аэростата «Эксплорер-П» в воздухозаборники-ловушки между высотами 11 и 22 км попали споры плесневых грибков.
Аэрозоли антропогенного происхождения составляют примерно 20% от естественного содержания аэрозолей. Они образуются в основном при сжигании твердого и жидкого топлива. Кроме того, ряд производств, например, цементные заводы, выбрасывают в атмосферу большое количество пыли. Естественно, что пространственное распределение антропогенных аэрозолей неравномерно, и они являются загрязнителями атмосферы, играя пагубную роль как в отношении человека и животных, так и растительных сообществ.
По размеру частиц аэрозоли можно разделить на 3 группы (r — радиус частицы): неустойчивые, гигантские частицы (r > 10 мкм), относительно устойчивые, большие частицы (r от 1 до 10 мкм) и устойчивые, подчиняющиеся законам броунова движения (r < 1 мкм), так называемые ядра Айткена.
Атмосферный аэрозоль подразделяют также на тропосферный (до высоты приблизительно 10 км) и стратосферный (от 10 км приблизительно до 50 км).
Аэрозольные частицы проникают в стратосферу в результате вулканических извержений, заноса ядер конденсации при развитии кучево-дождевых облаков, вершины, которых выходят за пределы тропосферы.
Определенный вклад в формирование стратосферных аэрозолей вносит высотная авиация, запуски ракет-носителей ИСЗ и т.д. В стратосфере отмечаются аэрозоли внеземного происхождения, содержащие, например, следы никеля.
Для изучения распределения аэрозольных частиц в верхних слоях атмосферы наиболее распространенными являются следующие методы: лазерное, или лидарное, зондирование атмосферы, измерения со спутников земли ослабления солнечной радиации в момент, близкий к уходу спутника в тень Земли; измерения с аэростатов или самолетов, с помощью фотоэлектрических счетчиков на ракетах, самолетах и аэростатах.
Результаты прямых исследований стратосферного аэрозоля показывают, что он в основном состоит из разбавленной серной кислоты с незначительным добавлением других веществ. Отмечено небольшое количество соединений аммония, в основном в районе 10-12 км. На высоте около 20 км был обнаружен слой сульфатных солей.
Количество аэрозолей в атмосфере огромно, существует их постоянный приток и сток. Более крупные частицы осаждаются сами, более мелкие вымываются дождем или снегом. Продолжительность пребывания аэрозолей в атмосфере определяет их так называемое «время жизни». В тропосфере время жизни аэрозолей составляет от 6 до 40 суток. В стратосфере среднее время жизни аэрозольных частиц увеличивается с высотой, и его опенки дают значения до месяца в слое 10-12 км, 1-2 года на высоте 20 км и от 4 до 20 лет на высоте 50 км.
Проблемы, связанные с аэрозолями многогранны. Аэрозоли могут оказывать влияние на формирование климата как Земли в целом, так и в отдельных её районах. Важнейшая положительная роль аэрозолей являются ядрообразование, т.е. свойство конденсировать воду. Однако, они могут изменять отражательную способность планеты Земля и тем самым изменять глобальную температуру.
