Комплексный метод анализа минеральных частиц в атмосфере и его реализация в свободной тропосфере над Японией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Трошкин Дмитрий Николаевич

Комплексный метод анализа минеральных частиц в атмосфере и его реализация в свободной тропосфере над Японией

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Барнаул - 2003

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем СО РАН и Государственном университете г. Нагоя, Япония

Научные руководители: - доктор физико-математических наук,

профессор Павлов Владимир Евгеньевич

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук,

профессор Сагалаков Анатолий Михайлович

Ведущая организация - Институт оптики атмосферы СО РАН

Защита диссертации состоится "20" июня 2003 г. в 14 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.005.03 в Алтайском государственном университете по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета.

Автореферат разослан мая 2003 г.

доктор наук, профессор Ивасака Ясунобу

- доктор технических наук, профессор Гуляев Павел Юрьевич

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

С древних времен до наших дней пустыни всего мира поставляют большое количество частиц минеральной пыли в атмосферу. Воздушные течения могут переносить эти частицы на тысячи километров от их источника. Минеральные частицы считаются важной составляющей атмосферы из-за их роли в глобальном биогеохимическом цикле и из-за их прямого и косвенного влияния на климат Земли.

Однако, до сих пор влияние минеральных аэрозолей на климат не изучено полностью. Более того, до сих пор не ясно, в целом положительный или отрицательный вклад в радиационный баланс вносят минеральные аэрозоли. Этот вклад, а также влияние частиц на биогеохимический цикл сильно зависят от множества связанных и несвязанных между собой параметров, таких как взаиморасположение пылевых слоев и облаков во время крупномасштабного переноса, состав и концентрация сопутствующих газов и аэрозолей других типов, и так далее. Отмечено, что минеральные частицы могут претерпевать изменения за время переноса, причем влияние минеральных частиц на радиационный процесс и биогеохимический цикл находятся в зависимости от этих изменений.

За время изучения минеральных аэрозолей, в особенности в последние годы, характеризующиеся бурным развитием вычислительной техники, было построено множество региональных и глобальных моделей их поведения, однако ни одна из них не способна дать полностью корректное описание из-за ограниченности данных, использующихся для построения модели. В основном имеющиеся в настоящее время данные получены в результате наземных измерений и ди

вания, причем данные, как правило, описывают аэрозоль в целом, обходя вниманием состояние отдельных частиц, ввиду существенной сложности их анализа. Однако во многих целях совершенно необходимо привлекать информацию об индивидуальных частицах в связи с тем, что многие эффекты, связанные с минеральным аэрозолем, могут быть корректно описаны только с использованием этой информации.

Состояние и краткая история вопроса

Уже длительное время крупномасштабный перенос пылевых частиц обсуждается многими исследователями. Значительная часть земной поверхности может быть отнесена к аридному типу. Широкий спектр исследований, связанных с аэрозолями, проводился для среднеазиатских пустынь советскими и российскими учеными, для Сахары - советскими, американскими и европейскими научными группами. В последние десятилетия сильное внимание специалистов привлекает трансконтинентальный перенос азиатской пыли. Исследователи из разных стран изучают различные аспекты этой проблемы, в частности, отмечают значительное количество азиатских пылевых частиц в различных частях Северо-Тихоокеанского региона: на Японских островах, прибрежных областях Китайского моря, в Корее, в северных тропических областях Тихого океана, в Желтом и Китайском морях и даже на Западном побережье Северной Америки. Наиболее активный перенос осуществляется с конца зимы по начало лета. Большинство исследований переноса частиц азиатской пыли сконцентрированы на изучении сильных пылевых бурь, ввиду большого количества материи, поднимаемой в атмосферу во время этих событий, но некоторые авторы на основании результатов систематических лидарных наблюдений констатируют также значительность фонового переноса минеральных

частиц. Однако данных дистанционного зондирования недостаточно для понимания процессов, происходящих во время фонового переноса. Данные же прямых измерений пылевых частиц после крупномасштабного переноса практически полностью относятся к наземным условиям, что обусловлено высокой стоимостью и техническими трудностями тропосферных экспериментов. Лабораторные эксперименты и компьютерные вычисления показывают возможность преобразования минеральных частиц за время переноса в тропосфере, а наземные измерения подтверждают эти прогнозы. Однако информация о состоянии индивидуальных пылевых частиц в тропосфере после переноса практически отсутствует, несмотря на ее актуальность.

Целями данной работы являются:

1. Разработка эффективного метода исследований индивидуальных минеральных частиц, пригодного в равной мере для наземных, самолетных и аэростатных измерений.

2. Расширение информации о фоновых условиях для свободной тропосферы над Японией при помощи прямых измерений.

3. Проведение ряда экспериментов для получения отсутствующих в настоящее время данных о состоянии фоновых минеральных частиц в свободной тропосфере и их преобразованиях за время крупномасштабного переноса.

Достоверность

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

- применением современной высокоточной исследовательской техники, ее тщательной калибровкой.

- соответствием полученных результатов современным представлениям о переносе и преобразовании аэрозолей.

- сравнением результатов экспериментов с независимыми немногочисленными данными других исследователей: результаты, полученные в ходе самолетных измерений, находятся в согласии с результатами дистанционного зондирования и измерений, проведенных другими методами.

Личный вклад автора

Автор лично разработал комплексный метод анализа минеральных частиц и принял активное участие в проведении самолетных, аэростатных, лидарных и наземных измерений. Автором лично получены основные материалы по аэрозольным пробам, выполнен анализ этих проб на электронном микроскопе, данные анализа обработаны по разработанном у диссертантом методу. Для получения окончательных результатов исследования были привлечены и сопутствующие методики, такие как измерения распределений аэрозоля по размерам при помощи оптических счетчиков частиц.

Научная новизна работы

1. Получены ранее отсутствовавшие данные прямых измерений микрофизических и микрохимических параметров фоновых аэрозолей в свободной тропосфере над Японией.

2. С помощью разработанного метода впервые проведено комплексное сравнение состояния минеральных частиц вблизи их источника в Китае и в итоге крупномасштабного переноса в свободной тропосфере над Японией

3. Впервые отмечены существенные различия между состоянием минеральных частиц в тропосфере и вблизи земной поверхности в Японии, что делает неправомерным прямое использование информации наземных измерений о состоянии частиц для описания процессов их переноса.

Научная и практическая ценность работы

Разработанный комплексный метод анализа индивидуальных частиц может быть широко использован в анализе образцов, собранных в результате самолетных, аэростатных и наземных измерений.

Результаты, полученные в данной работе в итоге прямых измерений, позволяют подтвердить важность процесса фонового переноса минеральной пыли в весенней свободной тропосфере над Японией, обнаруженную ранее в результате лидарных экспериментов.

Результаты настоящей работы указывают на необходимость исследования трансформаций минеральных частиц за время их крупномасштабного переноса из-за различного влияния преобразованных и непреобразованных частиц на радиационные процессы.

Полученные результаты могут быть использованы при построении моделей переноса минеральных частиц в Азиатско-Тихоокеанском регионе, а также при учете влияния минеральных аэрозолей на климат и биогеохимический цикл.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработанный метод, заключающийся в интегрировании информации о распределении аэрозоля по размерам и результатов физико-химического анализа индивидуальных частиц, дает возможность приближенного определения концентраций аэрозолей различного вида в тропосфере.

2. Фоновый перенос минеральной пыли в свободной тропосфере над .Японией не может быть пренебрежимо малым.

3. Разработанный метод исследования индивидуальных минеральных частиц в наземных экспериментах и свободной тропосфере, основанный на комплексном использовании данных электронной мик-

роскопии, инфракрасной спектроскопии и химического анализа, позволяет выявлять преобразования, происходящие за время крупномасштабного переноса частиц. 4. Часть минеральных частиц в свободной тропосфере над Японией являются физически и химически преобразованными, однако доля преобразованных частиц существенно ниже, чем при наземных измерениях в Японии.

Публикации

По результатам работы опубликовано 20 работ, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах.

Апробация результатов

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях и совещаниях: вторая Азиатская аэрозольная конференция (2nd Asian Aerosol Conference), г. Пусан (Ю. Корея), 2001 г., осенняя Японская метеорологическая конференция, г. Гифу (Япония), 2001 г., восьмой Азиатский симпозиум по технологиям окружающей среды (ASET), г. Тояма (Япония), 2001 г., первое международное совещание по пылевым бурям и сопутствующим выпадениям пыли (First International Workshop on Sandstorms And Associated Dustfall (SAAD)), г. Сеул (Ю. Корея), 2002 г., шестая международная аэрозольная конференция (6th International Aerosol Conference), г. Тайпей (Тайвань), 2002 г., девятый азиатский симпозиум по технологиям окружающей среды (ASET), г. Тояма (Япония), 2002 г., второе совещание по совместному Японо-Китайскому проекту "Эксперименты с переносимой ветром пылью и ее влияние на климат" (The Second ADEC Workshop), г. Циан (Китай), 2003 г.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 105 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 7 таблиц и список литературы из 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, проанализированы история и состояние вопроса, подчеркнуты научная новизна и ценность работы, сформулированы ее цели, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены вопросы исследования минеральных аэрозолей и их крупномасштабного переноса, сформулирована необходимость исследования индивидуальных минеральных частиц в тропосфере. Сравнены различные методы исследований, определены их достоинства и недостатки. Сделан вывод, что для прямых измерений тропосферных аэрозолей наиболее эффективно могут использоваться самолетные измерения в морских и прибрежных условиях, и аэростатные измерения над континентом. Предложено использовать системы сбора образцов, основанные на низкообъемных импакторах, что позволяет эффективно применять их как при самолетных и аэростатных измерениях, так и при наземных. Для получения наилучших результатов при исследовании собранных минеральных частиц предлагается применять комбинацию электронной микроскопии с FTIR-спектро-скопией и химическим анализом. Полученная информация в этом случае, должна сравниваться и интегрироваться с данными дистанционного зондирования.

Во второй главе подробно описана разработанная техника сбора образцов и исследования частиц минеральной пыли.

Для сбора индивидуальных аэрозольных частиц использовалось устройство, основанное на двухкаскадном низкообъемном импакторе. Вычисления порогового диаметра частиц с 50% эффективностью осаждения для импактора при нормальных условиях (Р = 1013 гПа, Т = 20°С) дают величину d50, равную 1.0 мкм для первого каскада и 0.1 мкм для второго каскада импактора, соответственно, принимая среднюю плотность минеральных частиц как 2.6 г/см3 (средняя плотность минеральных частиц, описанная в литературе). Устройство имеет компактные размеры и малый вес, вследствие чего оно хорошо соответствует постановке полевых экспериментов и самолетных измерений.

Образцы аэрозолей были собраны на покрытую элементарным углеродом нитроцеллюлозную пленку, осажденную на медные или никелевые сеточные фильтры (MAXTAFORM grid 400 meshes).

Аналогичная техника была использована для сбора частиц во время самолетных измерений. В этом случае импакторы были установлены на борту самолета Cessna-404; воздушный поток проводился в кабину самолета через изокинетический замедлитель, и после этого распределялся по различным инструментам, таким, как сборщики образцов, оптические счетчики частиц, газоанализаторы, и др.

Конструкция заборника соответствует требованиям, предъявляемым к данным устройствам. Расчеты показывают, что потери частиц с плотностью 2.6 г/см3 в отборнике составляют приблизительно 10% для частиц с диаметром 2.5 мкм и 50% для частиц с диаметром 6 мкм. В данной работе результаты приведены без учета этих потерь. Таким образом, рассчитанные концентрации несколько занижены, что, однако,

не влияет на порядок количественной оценки потока фонового аэрозоля, ввиду малого количества частиц с диаметром более 2 мкм.

Морфология индивидуальных аэрозольных частиц и их элементный состав изучались при помощи сканирующего электронного микроскопа (SEM; модель Hitachi S-3000N), оборудованного рентгеновским энергетическим дисперсионным спектрометром (EDX, модель Horiba ЕМАХ-500). Для количественного вычисления пропорций весов различных элементов использовалась корректировка при помощи ZAF-матрицы (Z - отвечает за эффект от атомных номеров, А - за эффект поглощения рентгеновских лучей, F - за эффект флуоресценции рентгеновских лучей). Необходимо отметить, что применявшийся EDX-анализ не способен корректно определять легкие элементы, такие, как С, N, О; а также Си и Ni по причине их фонового присутствия.

Помимо использования электронного микроскопа с целью получения более полных, комплексных данных о частицах аэрозоля, проводился анализ распределений частиц по размерам при помощи оптических счетчиков частиц. При этом был разработан метод приближенного вычисления концентраций аэрозолей различных типов по результатам комбинирования данных электронной микроскопии и оптических счетчиков частиц. Также привлекались результаты химического анализа и инфракрасной спектроскопии. Сопоставляя результаты анализов, выполненных на разной аппаратуре и разными методами, появилась возможность делать заключения о природе тех или иных частиц, что практически невозможно при использовании исключительно электронного микроскопа. Данные о пространственном распределении аэрозольных частиц были дополнены сведениями, полученными с помощью лидарного зондирования.

Было обнаружено, что исследуемые частицы преимущественно состоят из следующих элементов (помимо легких): Ыа, Mg, А1, 81, Б, С1, К, Са, 14 и Ре. Однако другие элементы, такие как Р, V, Сг, Мп, Ъл., Шт, Рг, Н^, РЬ и др. также были обнаружены в некоторых случаях. Как один из результатов, была вычислена частота детектирования (обнаружения) основных элементов (см. выше).

Для анализа отношений между различными элементами в индивидуальной частице были использованы треугольные диаграммы баланса.

С целью классификации минеральных частиц по типам, они были разделены в соответствии с их рентгеновским спектром по группам по следующим критериям. Во-первых, для каждой частицы был определен элемент, имеющий наибольший относительный вес (весовое отношение), и частицы были разделены на группы, называемые "Х"-псЬ частицы, где X - название элемента. Далее, внутри каждой группы для каждой частицы элементы были рассортированы по убыванию их весового отношения, и отобрано минимальное количество элементов, суммарное весовое отношение Р(Х) которых превышает 65% (Р(Х1)+Р(Х2)+...+Р(Хн)>0.65), где Р(Х) - отношение предложенное Окаёа и Каи

Р(Х) = X / (Ыа+1У^+А1+51+8+С1+К+Са+гП+Мп+Ре)

Используя 65% пороговую величину, частицы были разделены на подгруппы, и для каждой подгруппы были вычислены средние весовые отношения элементов и соответствующие стандартные отклонения.

Для исследования смешивания минеральных частиц с сульфатами были проанализированы доли частиц, содержащие различные комбинации элементов, в частности, Б и Са, а также отношения относительных весов Б/Са.

Кроме того, данные с оптических счетчиков частиц (ОРС - Optical Particle Counter, англ.) были использованы для построения распределений количества и объема частиц в зависимости от их размера. Обратно-направленный анализ траекторий воздушных масс был применен для определения источников частиц, собранных во время самолетных измерений.

Также описаны месторасположение и условия сбора образцов.

В третьей главе описан метод приближенного определения фоновых концентраций частиц различного вида в тропосфере на основе микроскопического анализа.

Аналитическая процедура для вычисления массовой концентрации минеральных частиц, частиц сульфатов, морской соли, и других типов аэрозолей основана на интеграции распределения аэрозолей по размерам и информации о химическом составе индивидуальных частиц соответствующего размера. Концентрация рассчитывается по формуле: j

где Tu(rj) -доля частиц ¡'-типа среди всех частиц с размерами из диапазона (rp rj+ AV(rs) - объем частиц с размерами в диапазоне (гр rj+ ArJ. Распределение TtJ(rs) можно получить, анализируя индивидуальные частицы аэрозоля на электронном микроскопе и сравнивая результаты с результатами FTIR-спектроскопии и химического анализа. Распределение AV(rs) можно получить, интегрируя распределение количества частиц Дn(rj), измеренное при помощи оптических счетчиков частиц во время сбора образцов аэрозоля. Пример распределения Дп(>)) показан на рисунке 1.

Рис. 1. Распределение количества частиц по размерам для слоя высот 4-5 км

Было обнаружено, что тонкодисперсные частицы преимущественно представлены частицами сульфата аммония (более 90%), в то время как для грубодисперсных частиц существует несколько различных типов аэрозоля в количествах, которыми нельзя пренебречь. Это минеральные частицы, частицы морской соли, грубо дисперсные сульфаты, а также антропогенные загрязнители, характеризующиеся наличием свинца или цинка. Для них были вычислены концентрации и потоки. Минеральные частицы являлись доминирующей фракцией грубодисперсных аэрозолей во всех исследованных образцах. Обратно-направленный анализ траекторий воздушных масс указывает на их континентальное происхождение. Вычисленные концентрации частиц сведены в таблицу 1:

Таблица 1. Средние фоновые концентрации различных типов аэрозолей в свободной тропосфере над Японией (мкг/м3)

Тип частиц Высота Минеральные Pb Zn,Cl,S Морская соль Сульфат > 1мкм < 1мкм Всего

5-6 km 0.73 0.39 0.22 0.04 0.10 0.47 2.0

4-5 km 2.34 0.06 0.23 0.24 0.10 1.05 4.0

3-4 km 2.56 0.62 0.05 0.10 0.13 1.13 4.6

2-3 km 1.38 0.00 0.01 0.03 0.14 1.34 2.9

Небольшое количество измерений, а также довольно сильный разброс вычисленных концентраций приводят к большой величине стандартных отклонений, сравнимой с величиной средней концентрации. Однако в данной работе в большей степени важна не точность определения величин концентрации и потоков, а их порядок и высотное распределение. Поэтому полученные результаты можно признать удовлетворительными.

Для вычисления фоновых потоков каждого из типов аэрозольных частиц весной над Японским морем (36°N, 135°Е) было использовано уравнение: F\ = С, * U, где F\ - поток аэрозольных частиц ¿-типа, С, -концентрация аэрозольных частиц г-типа, U — скорость ветра.

Скорость ветра вычислялась на основе аналитических данных, предоставляемых Метеорологическим Бюро Японии (Japan Meteorological Agency, GAPLX). Долготная компонента ветра определялась доминирующим западным направлением на всех рассматриваемых уровнях высоты. Скорость ветра была наибольшей в марте и постепенно снижалась к маю. Широтная компонента ветра изменялась от небольшого значения в северном направлении ранней весной примерно до такого же значения в южном направлении в мае. Несмотря на то, что

стандартные отклонения были значительными для обеих компонент вегра (это означает, что сила ветра и его направления менялись изо дня в день), основной вектор направления ветра оставался западным. Средняя скорость ветра за время самолетных измерений была наиболее близкой к среднемесячной величине для марта (таблица 2).

Таблица 2. Долготная компонента средней скорости ветра за время самолетных измерений в сравнении со среднемесячной величиной для марта и апреля

Слой высот 2-3 км 3-4 км 4-5 км 5-6 км

Дочготная Март 109 88 68 48

компонента Апрель 87 70 55 39

ьс фа. км/ч Самолет ные 99 80 61 44

измерения

Принимая во внимание, что три из четырех самолетных измерений были произведены в марте, и одно - в апреле, можно заключить, чтб измерения проводились в достаточно типичные весенние дни и их результаты могут быть интерпретированы как результаты для фоновых условий.

Ич полученных результатов можно заключить, что наиболее активный перенос фоновых пылевых слоев с Азиатского континента происходит на высоте 3-5 км. Величины концентраций и интервал высот на- "г чодятся в хорошем согласии с результатами лидарного зондирования.

Вклад фонового переноса пылевых частиц, рассчитанный в данной работе, имеет аналогичный порядок с вкладом при обычной пылевой буре. Следовательно, фоновый перенос минеральной пыли не может быть пренебрежимо малым в процессах глобального переноса аэрозоля на большие расстояния.

В четвертой главе описаны особенности натурных минеральных частиц на примере частиц, собранных в Тунфане, Китай.

Частицы, собранные в Тунфане, преимущественно имели минеральную природу, и элементный состав их тонкодисперсной (<1 < 1 мкм) и грубодисперсной (с! > 1 мкм) фракций отличались незначительно. Для этих частиц были построены распределения частот детектирования (обнаружения) основных элементов (рис. 2), треугольные диаграммы баланса для А1, Са и для А1, Са, Б. Также минеральные частицы были разделены по типам (см. главу 2) и на основе сравнения с результатами химического анализа для каждого типа были определены минералы, составляющие его основу.

В пятой главе описываются исследования химически преобразованных частиц минеральной пыли над Японией.

Также как и для частиц, собранных в Тунфане, для них были построены распределения частот детектирования (обнаружения) основных элементов, треугольные диаграммы баланса и проведено разделение по типам.

Как и в случае с частицами, собранными в Тунфане, минеральные частицы над Японией в своем большинстве имели неправильную форму. Однако для части пылевых частиц, собранных над Японией, были обнаружены признаки наличия на их поверхности растворимых материалов, таких, как сульфат в жидком агрегатном состоянии. Такого рода частицы отсутствовали в Тунфане. Некоторые частицы имели хорошо различимую смешанную структуру, при которой различные слои могут быть отчетливо разрешены, причем спектральный анализ давал различный состав для различных слоев частицы. Из этого следует заключение, что некоторые из минеральных частиц претерпели химические преобразования за время длительного пространственного переноса. Для

17

лучшего понимания этих изменений был проделан детальный анализ спектров частиц, и результаты были сопоставлены с данными для частиц, собранных в Тунфане.

Распределение частот обнаружения различных элементов для частиц, собранных над Японией, весьма схоже с распределением для Тунфана для таких элементов, как А1, 81, К, Са, И и Бе, но

сильно различается для Б и С1 (рис. 2).

Рис. 2. Частота обнаружения основных элементов для образцов, собранных в Тунфане (Китай) и свободной тропосфере над Японией

Однако при этом балансовые диаграммы наиболее часто встречающихся минеральных элементов (А1, и Са) весьма схожи для Тунфана и Японии. Это приводит к заключению, что Б и С1 добавляются к минеральным частицам за время переноса в атмосфере. При этом весовые отношения минеральных элементов пропорционально снижаются, не нарушая баланса между ними. Распределение весовых отношений А1, Са, и Б для Тунфана и для свободной тропосферы над Японией существенно различаются. В таковом для Японии наличествует большое количество преобразованных частиц, не обнаруженных в Тунфане (рис. 3).

Рис. 3. Относительные весаА1, СаиЭ для частиц, собранных в Тунфане и над Японией. Частицы, расположенные вдоль пунктирной линии содержат серу в форме сульфата кальция

При разделении частиц по типам установлено, что над Японией и в Китае минеральные частицы в основном представлены аналогичными типами. При этом практически все значимые типы частиц, обнаруженные в Тунфане, были найдены и в свободной тропосфере над Японией. Они имели схожие средние весовые отношения основных элементов с примерно такими же стандартными отклонениями. Однако эти похожие частицы представляют заметно меньшую долю в общем числе минеральных частиц, собранных в тропосфере над Японией (приблизительно 70% для Японии в сравнении с 90% для Китая).

Разница между долями схожих типов частиц в основном может быть отнесена к присутствию дополнительных типов минеральных частиц, смешанных с сульфатом и/или морской солью.

В данной работе "значительно преобразованными" называются частицы, в которых вклад примесей достаточно велик для того, чтобы изменить тип частицы. Такие частицы имели вклад примесей около 20 или более процентов и обычно характеризовались различимой сме-

19

шанной структурой (рис. 4). Доля "значительно преобразованных" частиц в данной работе составила около 20% для свободной тропосферы над Японией.

20:QkV'x6"Qk° ° 5unr

Рис.4, Смешанная структура минеральной частицы, собранной над Японией. Слои 1, 2 и 3, а также окружаюгцие сателлиты могут быть распознаны на фотографии. Рентгеновские спектры соответствующих счоев частицы, представленные в правой части рисунка, говорят о различии в составе слоев

Доля преобразованных частиц может превышать 20%, поскольку их большое количество характеризуется низким весовым отношением серы, которое не изменяет тип частицы. С целью определения полного вклада преобразованных частиц были сопоставлены доли частиц, содержащих Ca и S, а также весовые отношения S/Ca. Анализ показал, что для большого числа минеральных частиц в тропосфере над Японией присутствие серы не может быть объяснено присутствием гипса в их составе, в сопоставлении с ничтожной долей таких частиц в Тунфане. Подводя итоги, можно сказать, что в целом до 40-45% минеральных

20

частиц, находящихся в смеси с сульфатом, присутствуют в фоновом состоянии в весенней свободной тропосфере над Японией.

Сравнивая полученные результаты с данными наземных измерений в Японии и Китае, можно сделать следующие выводы. Во-первых, химический состав индивидуальных частиц, собранных в Тунфане, являлся схожим с таковым для непреобразованных минеральных частиц. При этом схожесть состава индивидуальных частиц не означает схожести объемных проб, поскольку весовые концентрации частиц различных типов могут меняться значительно. Однако, для частиц, собранных в тропосфере над Японией, химический состав индивидуальных частиц отличался от такового для частиц, собранных в результате наземных измерений в Японии. Для минеральных частиц, собранных в приземном слое атмосферы в Японии, важную роль играет смешивание с сульфатом, имеющим локальный источник. Почти все минеральные частицы становятся смешанными в загрязненной городской атмосфере, в то время как в свободной тропосфере минеральные частицы, смешанные с сульфатом, сосуществуют с непреобразованными частицами. Необходимо принимать во внимание эгот факт при исследовании влияния минеральных частиц на климат и биогеохимический цикл. В Заключении изложены основные результаты и выводы работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Основные результаты и выводы работы сводятся к следующему: 1. Разработанные методы, основанные на комплексном использовании результатов микроскопического анализа, инфракрасной спекфо-скопии, химического анализа и данных о распределениях частиц по

размерам, позволяют приближенно определять концентрации частиц различного вида в тропосфере и выявлять преобразования, происходящие за время крупномасштабного переноса частиц.

2 Результаты, полученные в итоге выполненных измерений, показывают фоновое присутствие минеральных аэрозолей (преимущественно грубодисперсной фракции) в свободной тропосфере над Японией (в концентрациях 0.2 - 5.4 мкг/м3 в различные дни на различных высотах), имеющих континентальное происхождение. Присутствие минеральных частиц в значимых концентрациях свидетельствует о значительности фонового переноса минеральных чааиц. Однако, настоящие измерения следует рассматривать как начальную фазу последующих комплексных исследований процессов переноса. Для установления строгих закономерностей нужно объединить большее число самолетных и аэростатных измерений в различных точках наблюдений в Восточной Азии и Западном Тихоокеанском регионе.

3. Схожие типы минеральных частиц были обнаружены в приземной атмосфере аридных регионов Китая и свободной тропосфере над Японией, но некоторые пылевые частицы над Японией были значительно преобразованы в результате смешивания с сульфатом, морской солью и антропогенными загрязнителями. В морфологии и спектре таких частиц их смешанный тип был хорошо распознаваем. Вычисленная доля таких частиц составляла около 20 процентов.

4. Некоторые минеральные частицы преобразуются незначительно, и заключение об их смешанном типе может быть сделано только на основе изучения их элементного состава и взаимоотношений между от носительными весами элементов. В настоящей работе полная доля

преобразованных частиц из их общего числа в свободной тропосфере над Японией определена на уровне 40-45 процентов.

5. Минеральные частицы в тропосфере над Японией отличны от минеральных частиц в приземной атмосфере Японии. Доля преобразованных частиц значительно в приземной атмосфере значительно превышает таковую в тропосфере.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Trochkine, D., Iwasaka, Y., Matsuki, A., Zhang, D., and Osada, K. Aircraft Borne Measurements of Morphology, Chemical Elements, and Number-Size Distributions of Particles in the Free Troposphere in Spring over Japan: Estimation of Particle Mass Concentrations. // J. of And Land Studies, 11-4,2002г. C.327-335

2. Trochkine, D., Iwasaka, Y., Matsuki, A., Yamada, M., Kim, Y.-S., Zhang, D., Shi, G.-Y., Shen, Z., Li, G. Comparison of the Chemical Composition of Mineral Particles Collected in Dunhuang, China and those Collected in the Free Troposphere over Japan: Possible Chemical Modification during Long-Range Transport. // Water, Air, & Soil Pollution: Focus, 3,2003r. C.161-172

3. Matsuki, A., Iwasaka, Y., Trochkine, D., Zhang, D., Osada, K., and Sakai, T. Horizontal Mass Flux of Mineral Dust over East Asia in the Spring: Aircraft-borne Measurements over Japan. // J. Arid Land Studies, 11-4, 2002г. C.337-345

4. Iwasaka, Y., Shi, G.-Y., Shen, Z., Kim, Y.-S., Trochkine, D., Matsuki, A., Zhang, D., Shibata, T., Nagatani, M., Nakata, H. Number Concentration and Size Distribution of Aerosols in the Free Atmosphere over the Desert Areas in the Asian Continent: Balloon-borne Measurements in Summer and Fall, 2001 at Dunhuang, China. // J. Arid Land Studies, 11-4, 2002r. C.347-353

5. Iwasaka, Y., Shi, G.-Y., Shen, Z., Kim, Y.-S., Trochkine, D., Matsuki, A., Zhang, D., Shibata, T., Nagatani, M., Nakata, H. Nature of Atmospheric aerosols over Desert Areas in the Asian Continent: Chemical State and Number Concentration of Particles Measured at Dunhuang, China. // Water, Air, & Soil Pollution: Focus, 3, 2003г. C.129-145

6. Kim, Y.-S., Iwasaka, Y„ Shi, G.-Y., Shen, Z., Trochkine, D., Matsuki, A., Zhang, D., Shibata, T., Nagatani, M., Nakata, H. Features in Number

23

Concentration-Size Distributions of Aerosols in the Free Atmosphere over the Desert Areas in the Asian Continent: Balloon-Borne measurements at Dunhuang, China. Water, Air, & Soil Pollution: Focus, 3,2003r. C.147-159

7. Sakai, T., Shibata, T., Iwasaka, Y., Nagai, T., Nakazato, M., Matsumura, T„ Ichiki, A., Kim, Y.-S., Tamura, K., Troshkin, D., and Hamdi, S. Case Study of Raman Lidar Measurements of Asian Dust Events in 2000 and 2001 at Nagoya and Tsukuba, Japan. Atmospheric Environment, 36, 2002r. C.5479-5489

8. Trochkine, D., Matsuki, A., Kido, M., Nishita, C., Nezuka, T., Inomata, Y., Zhang, D., Sakai, T„ Osada, K., Iwasaka, Y., Matsunaga, K. // Horizontal Aerosol Flux in the Spring Atmosphere over Japan at Background State. J. of Ecotechnology Research, 7 (2), 2001r. C.144-145

9. Trochkine, D., Iwasaka, Y., Matsuki, A., Yamada, M., Kim, Y.-S., Zhang. D., Shi, G.-Y., Shen, Z., Li, G. Background State of the Mineral Particles in the Spring Free Troposphere over Japan. J. of Ecotechnology Research, 8 (2), 2002r. C.126-131

10. Trochkine, D., Iwasaka, Y., Matsuki, A., Kim, Y.-S., Zhang, D., Shen, Z., Li, G. Mineral Particles Collected in the Free Troposphere over Jdpan and in Dunhuang, China: Comparison. // Abstracts of the 6th Int. Aerosol Conference, 2002r. C931-932

11. Trochkine, D., Matsuki, A., Zhang, D., Iwasaka, Y., Osada, K„ Sakai, T. Internally Mixed Mineral Particles in the Free Troposphere over Japan duiing the Weak Kosa Events in Spring of 2000 and 2001 - Air-cratt-Borne Measurements -. // Abstracts of the 2nd Asian Aerosol Conference, 200 lr. C425-426

12. Matsuki, A., Iwasaka, Y„ Osada, K., Matsunaga, K., Zhang, D., Sakai, T., Kido, M., Inomata, Y., Trochkine, D., Nishita, C., Nezuka, T. Spatial and Temporal Characteristics of Free Tropospheric Aerosols over East Asia. // Abstracts of the 6th Int. Aerosol Conference, 2002r. C.661-662

13. Matsuki, A., Iwasaka, Y., Osada, K., Matsunaga, K., Zhang, D., Sakai, T., Kido, M., Inomata, Y., Trochkine, D., Nishita, C., Nezuka, T. Significance of Mineral Dust Transported Long-Ranges under the Condition of Event-Free Atmosphere in Spring. // Abstracts of the 6th Int. Aerosol Confeience, 2002r. C.915-916

14. Iwasaka, Y., Nezuka, T., Osada, K., Matsuki, A., Inomata, Y., Nishita, C., Kim, Y.-S., Matsunaga, K„ Trochkine, D„ Zhang, D., Shi, G.-Y., Chen, Z. B., Kido, M. Materials on the Surface of Soil Particles Collected at Dunhuang, China: Single Particle Analysis with a Microscopic FTIR. // Abstracts of the 6lh Int. Aerosol Conference, 2002r. C.923-924

15. Iwasaka, Y., Kim, Y.-S., Trochkine, D., Matsuki, A., Nezuka, T., Zhang, D„ Shi, G.-Y., Shen, Z„ Shibata, T„ Nagatani, M., Nakata, H. Nature of Atmospheric Dust Aerosols: Comparison of Chemical-Physical Propei-ties of Aerosols Collected at Desert Areas in the Asian Continent and at Japan. //Abstracts of the 6th Int. Aerosol Conference, 2002r. C. 1211-1212

16. Matsuki, A., Trochkine, D., Zhang, D., Iwasaka, Y., Osada, K., Sakai. T. Electron-Microscopic Analysis of the Aerosol Collected in the Free Troposphere over Japan: Case Studies on the Basis of Aircraft Borne Measurements, 2000-2001. // Abstracts of the 2nd Asian Aerosol Conference, 2001 r. C.423-424

17. Trochkine, D., Iwasaka, Y., Matsuki, A., Kim, Y.-S., Zhang, D.. Shen. Z., Li, G. Mineral Particles, Collected in Dunhuang, China. // Abstracts of the First International Workshop on Sandstorms And Associated Dusttall (SAAD), 2002r. C.30

18. Trochkine, D., Iwasaka, Y., Matsuki, A., Yamada, M., Kim, Y.-S., Nagatani, T., Zhang, D., Shi, G.-Y., Shen, Z., Li, G. Individual Mineral Aerosol Particles, Collected in Dunhuang, China during the Different Seasons and Their Comparison with Chemically Transformed Particles Collected over Japan. // Abstracts of the 2nd Asian Dust Experiment on Climate Impact Workshop, 2003r. C.53-57

19. Matsuki, A., Iwasaka, Y., Osada, K., Matsunaga, K., Kido, M., Inomata, Y., Trochkine, D„ Nishita, C., Nezuka, T., Sakai, T., Zhang, D., Kwon, S.-A. Seasonal Changes in the Pathways of Asian Dust Particles Transported Long-ranges: Importance of the Mid and Upper Tropospheric Transport. // Abstracts of the 2nd Asian Dust Experiment on Climate Impact Workshop, 2003r. C.50-52

20. Matsuki A., Trochkine D., Zhang D., Nezuka T., Nishita C„ Inomata Y., Osada K„ Matsunaga K., Iwasaka Y. Comparison of free tropospheric aerosols in Spring and Summer: On the basis of aircraft-borne measuie-inents over Japan. // Abstracts of the Autumn Meeting of the MS J (Meteorological Society of Japan), 2001 r. C.345 (in Japanese).

Подписано к печати 14.05.2003 г. Заказ № 1957. Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 1,0 Формат бумаги 60 х 84 /16

Типография ОАО "Алтайбланкиздат", 656043, Алтайский край, г. Барнаул, ул. Б. Олонская, 28

1оо5- А

&77а

f.8772

Введение.

Глава 1 Обзор и сопоставление различных методов исследований минеральных аэрозолей.

1.1 Минеральные аэрозоли в окружающей среде.

1.2 Крупномасштабный перенос частиц азиатской пыли.

1.3 Значимость процесса фонового переноса частиц.

1.4 Химические преобразования пылевых частиц, происходящие в результате лабораторных экспериментов и в полевых условиях.

1.5 Необходимость изучения тропосферных аэрозолей.

1.6 Методы исследования тропосферных аэрозолей.

Глава 2 Техника эксперимента.

2.1 Техника сбора образцов.

2.2 Техника анализа образцов.

2.3 Обработка результатов анализа.

2.4 Месторасположение и условия сбора образцов.

Глава 3 Определение концентраций и потоков аэрозоля в тропосфере над

Японией на основе анализа образцов.

3.1 Процедура вычисления концентрации частиц.

3.2 Распределение количества и объема частиц по размеру во время сбора образцов.

3.3 Типы частиц, зарегистрированные в результате экспериментов в свободной тропосфере над Японией.

3.4 Вычисленные концентрации зарегистрированных типов частиц.

3.5 Вычисленные фоновые потоки аэрозоля.

Глава 4 Натурные частицы минеральной пыли в Тунфане (Китай).

Глава 5 Химически преобразованные частицы минеральной пыли над Японией.

5.1 Морфологические характеристики минеральных частиц над Японией.

5.2 Сравнение химического состава частиц над Японией и в Тунфане.

5.2.1 Схожие частицы.

5.2.2 Значительно преобразованные частицы.

5.2.3 Незначительно преобразованные частицы и суммарная доля преобразованных частиц.

5.3 Сравнение с данными химического анализа и инфракрасной (FTIR) спектроскопии.

5.4 Механизмы формирования для внутренне-смешанных частиц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

С древних времен до наших дней пустыни всего мира поставляют большое количество частиц минеральной пыли в атмосферу. Воздушные течения могут переносить эти частицы на тысячи километров от их источника. Минеральные частицы считаются важной составляющей атмосферы из-за их роли в глобальном биогеохимическом цикле и из-за их прямого и косвенного влияния на климат Земли.

Однако, до сих пор влияние минеральных аэрозолей на климат не изучено полностью. Более того, до сих пор не ясно, в целом положительный или отрицательный вклад в радиационный баланс вносят минеральные аэрозоли. Этот вклад, а также влияние частиц на биогеохимический цикл сильно зависят от множества связанных и несвязанных между собой параметров, таких как взаиморасположение пылевых слоев и облаков во время крупномасштабного переноса, состав и концентрация сопутствующих газов и аэрозолей других типов, и так далее. Отмечено, что минеральные частицы могут претерпевать изменения за время переноса, причем влияние минеральных частиц на радиационный процесс и биогеохимический цикл находятся в зависимости от этих изменений.

За время изучения минеральных аэрозолей, в особенности в последние годы, характеризующиеся бурным развитием вычислительной техники, было построено множество региональных и глобальных моделей их поведения, однако ни одна из них не способна дать полностью корректное описание из-за ограниченности данных, использующихся для построения модели. В основном имеющиеся в настоящее время данные получены в результате наземных измерений и дистанционного зондирования, причем данные, как правило, описывают аэрозоль в целом, обходя вниманием состояние отдельных частиц, ввиду существенной сложности их анализа. Однако во многих целях совершенно необходимо привлекать информацию об индивидуальных частицах в связи с тем, что многие эффекты, связанные с минеральным аэрозолем, могут быть корректно описаны только с использованием этой информации.

Состояние и краткая история вопроса

Уже длительное время крупномасштабный перенос пылевых частиц обсуждается многими исследователями. Значительная часть земной поверхности может быть отнесена к аридному типу. Широкий спектр исследований, связанных с аэрозолями, проводился для среднеазиатских пустынь советскими и российскими учеными, для Сахары — советскими, американскими и европейскими научными группами. В последние десятилетия сильное внимание специалистов привлекает трансконтинентальный перенос азиатской пыли. Исследователи из разных стран изучают различные аспекты этой проблемы, в частности, отмечают значительное количество азиатских пылевых частиц в различных частях Северо-Тихоокеанского региона: на Японских островах, прибрежных областях Китайского моря, в Корее, в северных тропических областях Тихого океана, в Желтом и Китайском морях и даже на Западном побережье Северной Америки. Наиболее активный перенос осуществляется с конца зимы по начало лета. Большинство исследований переноса частиц азиатской пыли сконцентрированы на изучении сильных пылевых бурь, ввиду большого количества материи, поднимаемой в атмосферу во время этих событий, но некоторые авторы на основании результатов систематических лидарных наблюдений констатируют также значительность фонового переноса минеральных частиц. Однако данных дистанционного зондирования недостаточно для понимания процессов, происходящих во время фонового переноса. Данные же прямых измерений пылевых частиц после крупномасштабного переноса практически полностью относятся к наземным условиям, что обусловлено высокой стоимостью и техническими трудностями тропосферных экспериментов. Лабораторные эксперименты и компьютерные вычисления показывают возможность преобразования минеральных частиц за время переноса в тропосфере, а наземные измерения подтверждают эти прогнозы. Однако информация о состоянии индивидуальных пылевых частиц в тропосфере после переноса практически отсутствует, несмотря на ее актуальность.

Цель работы

Целью данной работы является разработка метода анализа минеральных частиц, позволяющего повысить чувствительность при измерении их концентраций в тропосфере и изучении преобразований этих частиц за время их крупномасштабного переноса.

Задачами данной работы являются:

1. Разработка эффективного по сравнению с существующими метода исследований индивидуальных минеральных частиц на основе совокупного использования различных физических приборов, пригодного в равной мере для наземных, самолетных и аэростатных измерений.

2. Определение концентраций аэрозолей различного типа в тропосфере в результате прямых измерений на основе разработанного метода для расширения информации о фоновых условиях свободной тропосферы над Японией.

3. Проведение ряда экспериментов для получения отсутствующих в настоящее время данных о состоянии минеральных частиц в свободной тропосфере над Японией и их преобразованиях за время крупномасштабного переноса.

Достоверность

Достоверность полученных результатов обеспечивается: -применением современной высокоточной исследовательской техники, ее тщательной калибровкой;

-использованием современных теорий и физических представлений о переносе и преобразовании аэрозолей;

-сравнением результатов экспериментов с независимыми данными других исследователей: результаты, полученные в ходе самолетных измерений, находятся в хорошем согласии практически со всеми результатами дистанционного зондирования и измерений, проведенных другими методами.

Личный вклад автора

Автор лично разработал комплексный метод анализа минеральных частиц и принял активное участие в проведении самолетных, аэростатных, лидарных и наземных измерений. Автор принял непосредственное участие в получении основных материалов по аэрозольным пробам. Автором выполнен анализ этих проб на электронном микроскопе, данные анализа обработаны по разработанному диссертантом методу. Для получения окончательных результатов исследования были привлечены и сопутствующие методики, такие как измерения распределений аэрозоля по размерам при помощи оптических счетчиков частиц.

Научная новизна работы

1. Разработан метод, позволяющий на основе прямых измерений определять фоновые концентрации аэрозолей различного вида в тропосфере и исследовать их состояние. Получены ранее отсутствовавшие данные прямых измерений микрофизических и микрохимических параметров фоновых аэрозолей в свободной тропосфере над Японией и впервые прямыми измерениями подтверждена значительность фонового переноса минеральных частиц, предположенная из лидарных измерений.

2. С помощью разработанного метода впервые проведено комплексное сравнение состояния минеральных частиц вблизи их источника в Китае и в итоге крупномасштабного переноса в свободной тропосфере над Японией, впервые количественно оценены преобразования минеральных частиц за время их переноса в тропосфере.

3. Впервые отмечены существенные различия между состоянием минеральных частиц в тропосфере и вблизи земной поверхности в Японии, что делает неправомерным прямое использование информации наземных измерений о состоянии частиц для описания процессов их переноса.

Научная и практическая ценность работы

Разработанный комплексный метод анализа индивидуальных частиц может быть широко использован в анализе образцов, собранных в результате самолетных, аэростатных и наземных измерений.

Результаты, полученные в данной работе в итоге прямых измерений, позволяют подтвердить важность процесса фонового переноса минеральной пыли в весенней свободной тропосфере над Японией, обнаруженную ранее в результате лидарных экспериментов.

Результаты настоящей работы указывают на необходимость исследования трансформаций минеральных частиц за время их крупномасштабного переноса из-за различного влияния преобразованных и непреобразованных частиц на радиационные процессы.

Полученные результаты могут быть использованы при построении моделей переноса минеральных частиц в Азиатско-Тихоокеанском регионе, а также при учете влияния минеральных аэрозолей на климат и биогеохимический цикл.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработанный метод, заключающийся в интегрировании информации о распределении аэрозоля по размерам и результатов физикохимического анализа индивидуальных частиц, дает возможность приближенного определения концентраций аэрозолей различного вида в тропосфере.

2. Прямые измерения подтверждают предположенный на основе дистанционного зондирования факт, что фоновый перенос минеральной пыли в свободной тропосфере над Японией не может быть пренебрежимо малым.

3. Разработанный метод исследования индивидуальных минеральных частиц в наземных экспериментах и свободной тропосфере, основанный на комплексном использовании данных электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии и химического анализа одновременно собранных частиц и последующей систематизации результатов, позволяет выявлять преобразования, происходящие за время крупномасштабного переноса минеральных частиц.

4. Часть минеральных частиц в свободной тропосфере над Японией являются физически и химически преобразованными. Доля преобразованных частиц существенно ниже, чем при наземных измерениях в Японии.

Публикации

По результатам работы опубликовано 20 работ, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах.

Апробация результатов

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях и совещаниях: вторая Азиатская аэрозольная конференция (2nd Asian Aerosol Conference), г. Пусан (Ю. Корея), 2001 г., осенняя Японская метеорологическая конференция, г. Гифу (Япония), 2001 г., восьмой Азиатский симпозиум по технологиям окружающей среды (ASET), г. Тояма (Япония), 2001 г., первое международное совещание по пылевым бурям и сопутствующим выпадениям пыли (First International Workshop on Sandstorms And Associated Dustfall (SAAD)), г. Сеул (Ю. Корея), 2002 г., шестая международная аэрозольная конференция (6th International Aerosol Conference), г. Тайпей (Тайвань), 2002 г., девятый азиатский симпозиум по технологиям окружающей среды (ASET), г. Тояма (Япония), 2002 г., второе совещание по совместному Японо-Китайскому проекту «Эксперименты с переносимой ветром пылью и ее влияние на климат» (The Second ADEC Workshop), г. Циан (Китай), 2003 г.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 105 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 7 таблиц и список литературы из 120 наименований.

Основные результаты и выводы проделанной работы сводятся к следующему:

1. Разработанные методы, основанные на комплексном использовании результатов микроскопического анализа, инфракрасной спектроскопии, химического анализа и данных о распределениях частиц по размерам, позволяют приближенно определять концентрации частиц различного вида в тропосфере и выявлять преобразования, происходящие за время крупномасштабного переноса минеральных частиц.

2. Результаты, полученные в итоге выполненных измерений, показывают фоновое присутствие минеральных аэрозолей (преимущественно грубодисперсной фракции) в свободной тропосфере над Японией (в концентрациях 0.2 - 5.4 мкг/м в различные дни на различных высотах), имеющих континентальное происхождение. Присутствие минеральных частиц в значимых концентрациях свидетельствует о значительности фонового переноса минеральных частиц. Однако, настоящие измерения следует рассматривать как начальную фазу последующих комплексных исследований процессов переноса. Для установления строгих закономерностей нужно объединить большее число самолетных и аэростатных измерений в различных точках наблюдений в Восточной Азии и Западном Тихоокеанском регионе.

3. Схожие типы минеральных частиц были обнаружены в приземной атмосфере аридных регионов Китая и свободной тропосфере над Японией, но некоторые пылевые частицы над Японией были значительно преобразованы в результате смешивания с сульфатом, морской солью и антропогенными загрязнителями. В морфологии и спектре таких частиц их смешанный тип был хорошо распознаваем. Вычисленная доля таких частиц составляла около 20 процентов.

4. Некоторые минеральные частицы преобразуются незначительно, и заключение об их смешанном типе может быть сделано только на основе изучения их элементного состава и взаимоотношений между относительными весами элементов. В настоящей работе полная доля преобразованных частиц из их общего числа в свободной тропосфере над Японией определена на уровне 40-45 процентов. Существенное отличие этой величины от нуля определяет необходимость учитывать факт преобразования минеральных частиц в расчетах при моделировании процессов их (частиц) переноса и учете влияния на климат и биогеохимический цикл материи.

5. Минеральные частицы в тропосфере над Японией отличны от минеральных частиц в приземной атмосфере Японии. Доля преобразованных частиц в приземной атмосфере значительно превышает таковую в тропосфере. Минеральные аэрозоли вблизи земной поверхности в Японии практически всегда являются внутренне-смешанными, в то время как в тропосфере смешанные частицы сосуществуют с непреобразованными. Это делает неправомерным прямое использование информации о состоянии минеральных частиц, полученной в результате наземных измерений, для описания процессов их переноса и влияния на окружающую среду и климат.

Данное исследование было частично спонсировано Министерством Образования, Культуры, Спорта, Науки и Технологий Японии (Grant-in-Aid for Specially Promoted Research, 10144104).

Автор искренне благодарен проф. Y. Iwasaka и д.ф.-м.н. В.Е. Павлову, за руководство настоящей работой и ценные советы во время ее выполнения, а также Dr. Y. Matsumi, Dr. К. Matsunaga, Dr. D. Zhang, Dr. K. Osada, Dr. T. Shibata и Dr. G. -Y. Shi за полезные советы и регулярное обсуждение материалов.

Автор благодарит A. Matsuki, Y.-S. Kim, М. Yamada, Т. Nagatani за их помощь в проведении экспериментов, а также заботу и поддержку в повседневной жизни в Японии. Кроме того, автор хотел бы выразить благодарность G. Li и В. Chen из Института Физики Атмосферы, Китайской Академии Наук и С. Nishita, Y. Inomata, Т. Nezuka и М. Kido из Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University.

Заключение

Самолетные измерения являются весьма эффективным средством для изучения переноса частиц. В настоящей работе они были использованы как в целях изучения фоновых концентраций аэрозолей в свободной тропосфере над Японией весной, так и для изучения преобразования частиц минеральной пыли за время переноса.

1. Андреев С.Д., Ивлев J1.C. Временная и пространственная изменчивость полей оптических и аэрозольных характеристик в атмосфере. Часть II. Аэрозольные характеристики. // Оптика атмосферы и океана, 1997. - Т.10, №12, С.1450-1455.

2. Балин Ю.С., Знаменский И. В., Зуев В.Е., Мельников В.Е., Самойлова С.В., Тихомиров А.А. Российский космический лидар «Балкан». // Оптика атмосферы и океана, 1995. Т.8, №9, С.1332-1344

3. Белан Б.Д., Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В. Пространственная изменчивость характеристик атмосферного аэрозоля. Новосибирск: Наука, 1989, - 152 с.

4. Белан Б.Д., Ковалевский В.К. Изокинетический заборник аэрозоля для систем экологического мониторинга. // Оптика атмосферы и океана, 1997. Т.10, №9, С. 1073-1079.

5. Богданов Г.П., Кузнецов В.А., JIotohob М.А., Пашков А.Н., Подольский О.А., Сычев Е.И. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники. М.: Радио и связь, 1990 -240 с.

6. Власенко А.Л., Анкилов А.Н., Бакланов A.M., Смоляков Б.С., Павлюк Л.А. Изучение сульфатных компонентов атмосферного аэрозоля вблизи г. Новосибирска. // Оптика атмосферы и океана, 1998.-T.il, №7, С.733-736.

7. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. — М.: Высш. шк., 1998, -413 с.

8. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы. Томск: Раско, 2002, — 352 с.

9. Зуев В.В., Зуев В.Е. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. СПб.: Гидрометиоиздат, 1992, - 232 с.

10. Зуев В.Е., Зуев В.В., Маричев В.Н. Лидарные исследования озона. // Оптика атмосферы и океана, 1993. Т.6, №10, С.1202-1223

11. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. — Л.: Гидрометиоиздат, 1986, 256 с.

12. Зуев В.Е., Титов Г.А. Оптика атмосферы и климат. Томск: Спектр, 1996,-272 с.

13. Ивлев Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. JL: Ленинградский университет, 1982, - 368 с.

14. Кондратьев К.Я., Васильев О.Б., Ивлев Л.С., Никольский Г.А., Смоктий О.И. Влияние аэрозоля на перенос излучения: возможные климатические последствия. — Л.: Ленинградский университет, 1973, -266 с.

15. Куценогий К.П., Ковальская Г.А., Смирнова А.И., Макаров В.И., Киров Е.И., Золотарев К.В. Элементный состав атмосферных аэрозолей Новосибирской области в летний период. // Оптика атмосферы и океана, 1998. T.l 1, №7, С.729-732.

16. Малдерен X., Грикен Р., Ходжер Т.В., Буфетов Н.С., Куценогий К.П. Анализ индивидуальных аэрозольных частиц в Сибирском регионе.

17. Предварительные результаты. // Оптика атмосферы и океана, 1994. -Т.7, №8, С.1154-1162.

18. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985, - 248 с.

19. Панченко М.В., Белан Б.Д., Шаманаев B.C. Роль самолета-лаборатории ИОА СО РАН в изучении окружающей среды оз.Байкал. // Оптика атмосферы и океана, 1997. Т. 10, №4-5, С.463-468??.

20. Панченко М.В., Полькин В.В., Голобокова Л.П., Чубаров М П., Нецветаева О.Г., Домышева В.М. Влияние континента на дисперсный и химический состав приводного аэрозоля Атлантики. // Оптика атмосферы и океана, 1997. Т.10, №7, С.741-750.

21. Пененко В.В. Теоретические основы совместного использования данных наблюдений и моделей для исследования процессов гидротермодинамики и переноса примесей в атмосфере. // Оптика атмосферы и океана, 1999. -Т.12, №5, С.458-463.

22. Пененко В.В., Цветова Е.А. Моделирование процессов переноса примесей в прямых и обратных задачах климатоэкологического мониторинга и прогнозирования. // Оптика атмосферы и океана, 1999. -Т. 12, №6, С.482-488.

23. Смоляков Б.С., Куценогий К.П., Макаров В.И., Ковальская Г.А., Смирнова А.И., Павлюк JI.A., Филимонова С.Н. Влияние лесных пожаров на химический состав аэрозоля. // Оптика атмосферы иокеана, 1999. Т. 12, №6, С.523-528.

24. Хаттатов В.У., Тяботов А.Е., Постнов А.А. Результаты лидарных исследований аэрозоля с борта самолета в тропосфере северного полушария. // Оптика атмосферы и океана, 1997. Т.10, №12, С.1433-1439.

25. Ходжер Т.В., Голобокова Л.П., Оболкин В.А., Потемкин B.JL, Нецветаева О.Г. Межсуточная и сезонная изменчивость ионного состава атмосферных аэрозолей на юге Восточной Сибири. // Оптика атмосферы и океана, 1997. Т.10, №6, С.650-655.

26. Ходжер Т.В., Оболкин В.А., Потемкин B.JI. О роли атмосферы в формировании химического состава вод оз. Байкал. // Оптика атмосферы и океана, 1999. Т. 12, №6, С.512-516.

27. Albrecht В.A. Aerosols, Cloud Microphysics, and Fractional Cloudiness. // Science, 1989. V.245, P.1227-1230

28. Andreae M.O., Charlson R.J., Bruynseels F., Storms H., Van Grieken R., and Maenhaut W. Internal mixture of sea salt, silicates, and excess sulphate in marine aerosols. // Science, 1986. — V.232, P. 1620-1623

29. Arao K. and Ishizaka Y. Volume and mass of yellow sand dust in the air over Japan as estimated from atmospheric turbidity. // J. Meteor. Soc. of Japan, 1986. V.64, P.79-94

30. Arimoto R., Duce R.A., Ray B.J., and Unni C.K. Atmospheric trace elements at Enewetak Atoll: 2. Transport to the ocean by wet and dry deposition. // J. Geoph. Res., 1985. V.90, P.2391-2408

31. Arimoto R., Duce R.A., and Ray В.J. Concentration, sources and air-sea exchange of trace elements in the atmosphere over the Pacific Ocean. // Chem. Oceanogr., 1989. V.10, P.107-149

32. Arimoto R., Duce R.A., Savoie D.L., Prospero J.M., Talbot R., Gullen J.D., Tomza U., Lewis N.F., and Ray B.J. Relationships among aerosol constituents from Asia and the North Pacific during PEM-West A. // J. Geoph. Res., 1996. V.101, P.2011-2023

33. Ayers G.P. Quantitative determination of sulphate in individual aerosol particles. // Atmos. Environ., 1978. V. 12, P. 1613-1621

34. Bigg E.K. Ammonium compounds in stratospheric aerosols. // Tellus,1986. V.38B, Р.62-66

35. Blank М., Leinen М., and Prospero J.M. Major Asian aeolian inputs indicated by the mineralogy of aerosols and sediments in the Western North Pacific. // Nature, 1985. V.314, P.84-86

36. Chung Y.-S. and Yoon M.-B. On the occurrence of yellow sand and atmospheric loadings. // Atmos. Environ., 1996. V.30, P.2387-2397

37. Denterner F.J., Carmichael G.R., Zhang Y., Lelieveld J., and Crutzen P.J. Role of mineral aerosol as a reactive surface in the global troposphere. // J. Geoph. Res., 1996. V.101, P.22869-22889

38. Duce R.A., Unni C.K., Ray B.J., Prospero J.M. and Merrill J.T. Long-range atmospheric transport of soil dust from Asia to tropical North Pacific: temporal variability. // Science, 1980. V.209, P. 1522-1524

39. Duce R.A., Arimoto R., Ray B.J., Unni C.K., and Harder P.J. Atmospheric trace elements at Enewetak Atoll: 1. Concentrations, Sources, and Temporal Variability. // J. Geoph. Res., 1983. V.88, P.5321-5342

40. Fan X.-B., Okada K., Niimura N., Kai К., Arao K., Shi G.-Y., Qin Y., and Mitsuta Y. Mineral particles collected in China and Japan during the same dust-storm event. // Atmos. Environ., 1996. V.30, P.347-351

41. Gao Y., Arimoto R., Zhou M.Y., Merrill J.T., and Duce R.A. Relationships between the dust concentrations over Eastern Asia and theremote North Pacific. //J. Geoph. Res., 1992. V.97, P.9867-9872

42. Gao Y., Arimoto R., Duce R.A., Lee D.S., and Zhou M.Y. Input of atmospheric trace elements and mineral matter to the Yellow Sea during the spring of a low-dust year. // J. Geoph. Res., 1992. V.97, P.3767-3777

43. Gao Y., Arimoto R., Duce R.A., Zhang H.Y., Zhang G.Y., An Z.S., Chen L.Q., Zhou M.Y., and Gu D.Y. Temporal and spatial distributions of dust and its deposition to the China Sea. // Tellus, 1997. V.49B, P. 172-189

44. Gao Y., Kaufman Y.J., Tanre D., Kolber D., and Falkowski P.G. Seasonal Distribution of Aeolian Iron Fluxes to the Global Ocean. // Geoph. Res. Letters, 2001. V.28, P.29-32

45. Goldstein J.I., Newbury D.E., Echlin P., Joy D.C., Fiori C., and Lifshin, E. Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. — Plenum Press, 1981,-673 pp.

46. Hayasaka Т., Nakajima Т., and Tanaka M. The coarse particle aerosols in the free troposphere around Japan. // J. Geoph. Res., 1990. — V.95, P.14039-14047

47. Haywood J. and Boucher O. Estimates of the direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: A Review. // Reviews of Geoph., 2000.-V.38, P.513-543

48. Holmes J. and Zoller W. The elemental signature of transported Asiandust at Mauna Loa observatory. // Tellus, 1996. V.48B, P.83-92

49. Hseung Y. and Jackson M.L. Mineral composition of the clay fraction of some main soil groups of China. // Soil. Sci. Soc. Am. Proc., 1952. V.16, P.97-110

50. Ikegami M., Okada K., Zaizen Y., and Makino Y. (1993): Aerosol particles in the middle troposphere over the Northwestern Pacific. // J. Meteor. Soc. of Japan, 71: 517-528

51. IPCC Third Assessment Report: Climate Change 2001: The Scientific Basis. (Ed. by) Houghton J.T., Ding Y., Griggs D.J., Noguer M., Van Der Linden P.J., and Xiaosu D. — Cambridge, Cambridge University Press, 2001

52. Ishizaka Y. and Ono A. Mass size distribution of the principal minerals of yellow sand dust in the air over Japan. // Idojaras, 1982. V.86, P.249-253

53. Isono K., Komabayashi M., Takeda Т., Tanaka Т., Iwai K., and Fujiwara M. Concentration and nature of ice nuclei in rim of the North Pacific Ocean. // Tellus, 1971. V.23, P.40-59

54. Iwasaka Y., Minoura H., and Nagaya K. The transport and special scale of Asian dust-storm event of April 1979. //Tellus, 1983. V.35B, P. 189-196

55. Iwasaka Y., Yamato M., Imasu R., and Ono A. Transport of Asian dust (KOSA) particles; importance of weak KOSA events on the geochemicalcycle of soil particles. // Tellus, 1988. V.40B, P.494-503

56. Jickells T. Atmospheric input of metals and nutrients to the oceans: their magnitude and effects. // Marine Chemistry, 1995. V.48, P.199-214

57. Kido M., Osada К., Нага K., Matsunaga K., and Iwasaka Y. Water soluble constituents in free atmospheric aerosols over Japan in spring. // Air Quality and Atmospheric Science, 1999, P.485-487. China Ocean Press

58. Kwon S.-A., Iwasaka Y., Shibata Т., and Sakai T. Vertical distribution of atmospheric particles and water vapor densities in the free troposphere: Lidar measurement in spring and summer in Nagoya, Japan. // Atmos. Environ., 1997. V.31, P.1459-1465

59. Kwon S.-A., Iwasaka Y., Matsunaga K., and Shibata T. Seasonal changes of aerosol distribution in the troposphere: Lidar measurement at Nagoya, Japan. // Air Quality and Atmospheric Science, 1999, P.424-427. China Ocean Press

60. Leinen M., Cwienk D., Heath G.R., Biscaye P.E., Kolla V., Thiede J., and Dauphin J.P. Distribution of biogenic silica and quartz in recent deep-sea sediments. // Geology, 1986. V.14, P. 199-203

61. Li-Jones X. and Prospero J.M. Variations in the size distribution of non-sea-salt sulphate aerosol in the marine boundary layer at Barbados: impact of African dust. //J. Geoph. Res., 1998. V.103, P.16073-16084

62. Liou K.-N. and Ou S.-C. The role of cloud microphysical processes in climate: an assessment from a one-dimensional perspective. // J. Geoph. Res., 1989. V.94, P.8599-8607

63. Martin J.H., Gordon R.M., Fitzwater S., and Broenkow W.W. VERTEX: phytoplankton/iron studies in the Gulf of Alaska. // Deep-Sea Research, 1989.-V.36, P.649-671

64. Matsuki A., Iwasaka Y., Trochkine D., Zhang D., Osada K., and Sakai T.

65. Horizontal mass flux of mineral dust over East Asia in the spring: Aircraft-borne measurements over Japan. // J. Arid Land Studies, 2002. — V.ll-4, P.337-345

66. Merril J.T., Uematsu M., and Bleck R. Meteorological analysis of long-range transport of mineral aerosol over the North Pacific. // J. Geoph. Res., 1989.-V.94, P.8584-8598

67. Mori I., Nishikawa M., and Iwasaka Y. Chemical reaction during the coagulation of ammonium sulphate and mineral particles in the atmosphere. // The Science of Total Environ., 1998. V.224, P.87-91

68. Mori I., Iwasaka Y., Matsunaga K., Hayashi M., and Nishikawa M. Chemical characteristics of free tropospheric aerosols over the Japan Sea coast: aircraft-borne measurements. // Atmos. Environ., 1999. V.33, P.601-609

69. Nakajima Т., Tanaka M., Yamano M., Shiobara M., Arao K., and Nakanisi Y. Aerosol optical characteristics in the yellow sand events observed in May, 1982 at Nagasaki Part II Models. // J. Meteor. Soc. of Japan, 1989. - V.67, P.279-291

70. Niimura N., Okada K., Fan X.-B., Kai К., Arao K., and Shi G.-Y. A method for the identification of Asian dust-storm particles mixed internally with sea salt. // J. Meteor. Soc. of Japan, 1994. V.72, P.777-784

71. Nozaki Y., Thomson J., and Turekian K.K. The distribution of 210Pb and 210Po in the surface waters of the Pacific Ocean. // Earth and Planetary Science Letters, 1976. V.32, P.304-312

72. Nriagu J.O. and Pacyna J.M. Quantitative assessment of worldwide contamination of air, water and soils by trace metals. // Nature, 1988. — V.333, P.134-139

73. Okada K., Kobayashi A., Iwasaka Y., Naruse H., Tanaka Т., and Nemoto O. Features of individual Asian dust-storm particles collected at Nagoya, Japan. // J. Meteor. Soc. of Japan, 1987. V.65, P.515-521

74. Okada A., Yabuki S., Liu C.-Q., and Huang Z.-W. Distribution of salt-constituting species in the desert soils of the Turpan Basin and Junggar Basin, Xinjiang, China. // J. Arid Land Studies, 1992. V.2, P.29-37

75. Okada K. and Kai K. Features and elemental composition of mineral particles collected in Zhangye, China. // J. Meteor. Soc. of Japan, 1995.1. V.73, Р.947-957

76. Okada A., Yabuki S., Liu C.-Q., Ueda A., Fan Z.-L., and Chang Q. Salt efflorescent Materials in Saline Lands of Xinjiang, China. // J. Arid Land Studies, 1997. V.7, P.53-67

77. Parrington J.R., Zoller W.H., and Aras N.K. Asian dust: Seasonal transport to the Hawaiian Islands. // Science, 1983. V.220, P.195-197

78. Reist P.C. Particle kinetics. Aerosol Science and Technology Second Edition, McGraw-Hill, Inc., New York, 1993. - P.91-105

79. Rex R.W. and Goldberg E.D. Quartz Contents of Pelagic Sediments of the Pacific Ocean. // Tellus, 1958. V.10, P. 153-159

80. Quan H., Huang Y., Nishikawa M., Liu X., Mori I., Iwasaka Y., Wei Q., and Qiao S. Preparation of artificial Kosa Aerosol with two original desert sands. // J. Environ. Chemistiy, 1996. V.6, P.225-231

81. Quijano A.L., Sokolik I.N., and Toon O.B. Radiative heating rates and direct radiative forcing by mineral dust in cloudy atmospheric conditions. // J. Geoph. Res., 2000. V.105, P. 12207-12219

82. Roth B. and Okada K. On the modification of sea-salt particles in the coastal atmosphere. // Atmos. Environ., 1998. V.32, P.1555-1569

83. Sakamoto K., Takada H., and Sekiguchi K. (2002): Study on deposition and oxidation of sulfur dioxide onto yellow sand during its transportation. // Abstracts of the 6th Int. Aerosol Conference, 2002. P.627-628

84. Sheridan P.J., Schnell R.C., Kahl J.D., Boatman J.F., and Garvey D.M. Microanalysis of the aerosol collected over south-central New Mexico during the alive field experiment, May-December 1989. // Atmos. Environ., 1993. V.27A, P.l 169-1183

85. Sokolik I.N. and Toon O.B. Regional Direct Radiative Forcing by the Airborne Mineral Aerosols. //J. Aerosol Sci, 1997. V.28, P.S655-S656

86. Sokolik I.N., Toon O.B., and Bergstrom R.W. Modeling the radiative characteristics of airborne mineral aerosol at infrared wavelengths. // J. Geoph. Res., 1998. V.103, P.8813-8826

87. Sokolik I.N. and Toon O.B. Incorporation of mineralogical composition into models of the radiative properties of mineral aerosol from UV to IRwavelengths. // J. Geoph. Res., 1999. V.104, P.9423-9444

88. Strandberg H. Reactions of copper patina compounds 1. Influence of some air pollutants. // Atmos. Environ., 1998. - V.32, P.3511-3520

89. Tanaka M., Shiobara M., Nakajima Т., Yamano M., and Arao K. Aerosol optical characteristics in the yellow sand events observed in May, 1982 at Nagasaki Part I Observations. // J. Meteor. Soc. of Japan, 1989. - V.67, P.267-278

90. Tegen I., Lacis A.A., and Fung I. The influence on climate forcing of mineral aerosols from disturbed soils. // Nature, 1996. V.380, P.419-422

91. Toon O.B. and Pollack J.B. A global average model of atmospheric aerosols for radiative transfer calculations. // J. Appl. Meteorol., 1976. — V.15, P.225-246

92. Uematsu M., Duce R.A., Prospero J.M., Chen L., Merrill J.T., and McDonald R.L. Transport of mineral aerosol from Asia over the North Pacific Ocean. // J. Geoph. Res., 1983. V.88, P.5343-5352

93. Van Malderen H., Hoornaert S., and Van Grieken R. Identification of individual aerosol particles containing Cr, Pb, and Zn above the North Sea. // Environmental Science and Technology, 1996. V.30, P.489-498

94. Walker A.S. Deserts of China. // Atmos. Science., 1982. V.70, P.366-376

95. Wurzler S., Reisin T.G., and Levin Z. Modification of mineral dust particles by cloud processing and subsequent effects on drop size distributions. // J. Geoph. Res., 2000. V.105, P.4501-4512

96. Xuan J. and Sokolik I.N. Characterization of Sources and Emission Rates of Mineral Dust in Northern China. // Atmos. Environ., 2002. — V.36, P.4863-4876

97. Yoshino M. Kosa (Asian dust) related to Asian monsoon system. // Korean J. of Atmos. Sciences, 2002. V.5, P.93-100

98. Zhang D., Tang X., Qin Y., Iwasaka Y., and Gai X. Test for sulphate-containing particles in urban atmosphere in Beijing. // Advances in Atmos. Sciences, 1995. V.12, P.343-350

99. Zhang D. and Iwasaka Y. Nitrate and sulphate in individual Asian dust-storm particles in Beijing, China in spring of 1995 and 1996. // Atmos. Environ., 1999. V.33, P.3213-3223

100. Zhang D., Shi G.-Y., Iwasaka Y., Ни M. Mixture of sulfate and nitrate in coastal atmospheric aerosols: individual particle studies in Quingdao (36°04'N, 120°21*E), China. // Atmos. Environ., 2000. V.34, P.2669-2679

101. Zhang D. and Iwasaka Y. Chlorine deposition on dust particles in marine atmosphere. // Geoph. Res. Letters, 2001. V.28, P.3613-3616

102. Zhang J. and Huang W.W. Potential chemical link between continental wind deposit, marine aerosol and pelagic sediments — an example from Chinese loess. // Deep-Sea Research, 1992. V.39, P. 1809-1816

103. Zhang J., Liu S.M., Lu X., and Huang W.W. Characterizing Asian wind-dust transport to the Northwest Pacific Ocean. Direct measurements of the dust flux for two years. // Tellus, 1993. V.45B, P.335-345

104. Zhang X.R., Arimoto R.A., Chen Т., Zhang G., Zhu G., and Wang X. Atmospheric trace elements over source regions for Chinese dust: Concentrations, sources and atmospheric deposition on the loess plateau.

105. U Atmos. Environ., 1993. V.27, P.2051-2067

106. Zhang Y. and Carmichael G.R. The role of mineral aerosol in tropospheric chemistry in East Asia A model study. // J Appl. Meteorol., 1999. - V.38, P.353-366

107. Zhou M.Y., Okada K., Qian F., Wu P.-M., Su L., Casareto B.E., and Shimohara T. Characteristics of dust-storm particles and their long-range transport from China to Japan case studies in April 1993. // Atmos. Res., 1996.-V.40, P.19-31

108. Zhuang G., Zhen Y., Duce R.A., and Brown P.R. Link between iron and sulphur cycles suggested by detection of Fe(II) in remote marine aerosols. // Nature, 1992. V.355, P.537-539