In der Physik der Aerosole bezeichnet Deposition den Prozess, bei dem sich Aerosolpartikel auf festen Oberflächen ablagern und so ihre Konzentration in der Luft verringern. Man unterscheidet zwischen trockener und nasser Deposition. Die Deposition ist bei Partikeln mittlerer Größe am langsamsten. Depositionmechanismen sind entweder bei sehr kleinen oder sehr großen Partikeln am effektivsten. Sehr große Partikel setzen sich schnell durch Sedimentation oder Impaktion ab , während die Brownsche Diffusion den größten Einfluss auf kleine Partikel hat. [ 1 ] Dies liegt daran, dass sehr kleine Partikel innerhalb weniger Stunden koagulieren, bis sie einen Durchmesser von 0,5 Mikrometern erreichen . Ab dieser Größe koagulieren sie nicht mehr. [ 2 ] Dies hat einen großen Einfluss auf die Menge an PM-2,5 in der Luft.

Die Ablagerungsgeschwindigkeit ist definiert als F = v c , wobei F die Flussdichte , v die Ablagerungsgeschwindigkeit und c die Konzentration ist . Bei der gravitativen Ablagerung entspricht diese Geschwindigkeit der Sinkgeschwindigkeit aufgrund des durch die Schwerkraft verursachten Widerstands .

Häufig wird untersucht, ob ein bestimmtes Partikel mit einem bestimmten Hindernis kollidiert. Dies lässt sich mit der Stokes-Zahl Stk = S / d vorhersagen , wobei S die Bremsstrecke (die von Partikelgröße, Geschwindigkeit und Luftwiderstand abhängt) und d die charakteristische Größe (oft der Durchmesser des Hindernisses) ist . Ist der Wert von Stk kleiner als 1, kollidiert das Partikel nicht mit dem Hindernis. Ist der Wert von Stk hingegen größer als 1, kollidiert es.

Die Deposition aufgrund der Brownschen Molekularbewegung gehorcht sowohl dem ersten als auch dem zweiten Fickschen Gesetz . Der resultierende Depositionfluss ist definiert als , wobei J der Depositionfluss, n die anfängliche Teilchendichte , D die Diffusionskonstante und t die Zeit ist. Durch Integration lässt sich die Konzentration zu jedem Zeitpunkt bestimmen.

Trockenablagerung

Abbildung 1 – Impaktion
Abbildung 2 – Diffusion

Trockene Deposition wird verursacht durch:

  • Aufprall . Hierbei handelt es sich um den Vorgang, bei dem kleine Partikel, die auf ein größeres Hindernis treffen, aufgrund ihrer Trägheit den gekrümmten Strömungslinien nicht folgen können und gegen das Tröpfchen prallen. Je größer die Masse der kleinen Partikel ist, desto größer ist die Abweichung von der Strömungslinie.
  • Gravitative Sedimentation – das Absinken von Partikeln aufgrund der Schwerkraft.
  • Interzeption. Dies ist der Fall, wenn kleine Partikel den Stromlinien folgen, aber wenn sie zu nahe an ein Hindernis (z. B. einen Ast eines Baumes) heranströmen, können sie kollidieren.
  • Turbulenzen . Turbulente Wirbel in der Luft transportieren Partikel, die kollidieren können. Auch hier gibt es einen Nettofluss hin zu niedrigeren Konzentrationen.
  • Andere Verfahren, wie zum Beispiel: Thermophorese , Turbophorese , Diffusiophorese und Elektrophorese .

Nassdeposition

Bei der Nassdeposition binden atmosphärische Hydrometeore ( Regentropfen, Schnee usw.) Aerosolpartikel. Dies bedeutet, dass die Nassdeposition durch gravitative, Brownsche und/oder turbulente Koagulation mit Wassertropfen erfolgt . Zu den verschiedenen Arten der Nassdeposition gehören:

  • Auswaschung unterhalb der Wolken. Dies geschieht, wenn fallende Regentropfen oder Schneepartikel durch Brownsche Diffusion, Interzeption, Impaktion und turbulente Diffusion mit Aerosolpartikeln kollidieren.
  • Wolkeninterne Auswaschung. Hierbei gelangen Aerosolpartikel in Wolkentröpfchen oder Wolkeneiskristalle, indem sie als Wolkenkeime wirken oder durch Kollisionen von diesen eingefangen werden. Sie können beim Regen oder Schneefall in den Wolken zur Erdoberfläche gelangen. In Aerosol-Computermodellen werden Aerosole und Wolkentröpfchen meist getrennt behandelt, sodass die Nukleation einen Verlustprozess darstellt, der parametrisiert werden muss .

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Seinfeld, John; Spyros Pandis (2006). Atmosphärenchemie und -physik: Von der Luftverschmutzung zum Klimawandel (2. Aufl.). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-72018-6Die
  2. ^ Mishchuk, Nataliya A. (2004). „Kapitel 9 – Koaleszenzkinetik von Brownschen Emulsionen“. Interface Science and Technology . 4 (Hrsg. DN Petsev). Elsevier: 351–390 . doi : 10.1016/S1573-4285(04)80011-5 . ISBN 9780120884995Die