Атмосферная пыль — совокупность взвешенных в воздухе преимущественно твёрдых частиц, образованных механическим разрушением, эрозией, износом, дроблением или измельчением природных и техногенных материалов. Она является частью атмосферного аэрозоля, но не включает все его компоненты: жидкие капли, вторичные сульфаты и нитраты или частицы чистой сажи имеют другое происхождение.
Состав и границы понятия
В минеральной пыли встречаются кварц, полевые шпаты, глинистые минералы, карбонаты, оксиды железа и соли. Техногенная пыль может содержать цемент, уголь, рудные минералы, металлы, стекло и продукты износа. Частицы несут адсорбированные органические соединения и микроорганизмы, а при переносе химически стареют.
Пыльца, споры и растительные фрагменты иногда включаются в широкое бытовое понятие пыли, но в научной классификации их точнее называть первичным биологическим аэрозолем. Вулканический пепел — фрагменты стекла, минералов и пород, а не продукт горения; он относится к пылеподобным частицам при атмосферном переносе.
Минеральные и почвенные источники
Крупнейшие природные выбросы создают пустыни, полупустыни, высохшие днища водоёмов и нарушенные почвы. Ветер сначала приводит в движение песчинки, их удары выбивают более мелкие частицы, которые переходят во взвешенное состояние. Порог подъёма зависит от скорости трения, размера, влажности, корки, растительности и шероховатости.
Ветровая эрозия усиливается после распашки, перевыпаса, пожара и потери растительного покрова. Не вся эродированная масса становится дальнопереносимой пылью: крупные частицы перемещаются сальтацией у поверхности, а мелкие остаются в воздухе дольше. Меры охраны почв одновременно снижают потерю плодородного слоя и пыление.
Вулканы и биогенные частицы
Извержение вводит пепел на высоты от пограничного слоя до стратосферы. Крупный пепел быстро выпадает рядом, мелкий переносится на тысячи километров и опасен для авиации. Его минералогия отражает магму, а поверхность может покрываться растворимыми солями и кислотами.
Пыльца обычно крупнее мелкодисперсных фракций, но разрушается на меньшие фрагменты; сезонность определяется цветением и погодой. Споры грибов и бактерии имеют биологическую природу. Их не следует автоматически объединять с минеральной пылью при оценке массы и риска.
Промышленность и строительство
Пыль возникает при дроблении, сортировке и транспортировке руды и угля, производстве цемента, металлургии, демонтаже, земляных работах и хранении сыпучих материалов. Организованные выбросы проходят через вентиляцию и газоочистку; неорганизованные возникают с открытых складов, карьеров, дорог и неплотностей.
Состав определяет опасность и метод контроля. Кварцсодержащая пыль отличается от растворимых солей или железистых частиц. Масса выброса не показывает автоматически приземную концентрацию: существенны высота, влажность, укрытие источника и метеорология.
Транспорт, износ и ресуспензия
Дорожная пыль включает почву, противогололёдные материалы, износ покрытия, тормозов и шин, частицы выхлопа и принесённый материал. Движение колёс и турбулентный след повторно поднимают осевшие частицы — происходит ресуспензия. Поэтому пылевая нагрузка сохраняется и при снижении выхлопных выбросов.
Ресуспензия зависит от скорости транспорта, массы машин, влажности и уборки. Сухое подметание может кратковременно повышать концентрацию; эффективнее связанное увлажнение и удаление материала без переноса загрязнения в ливневые воды.
Размер и атмосферный перенос
Пылевые частицы охватывают широкий диапазон. Крупные десятки микрометров оседают близко к источнику, частицы нескольких микрометров могут находиться в тропосфере дни и переноситься между регионами. Аэродинамический диаметр учитывает размер, плотность и форму и определяет движение в приборе и дыхательных путях.
PM10 и PM2.5 — размер-селективные массовые фракции, а не химические названия пыли. Минеральная пыль часто доминирует в крупной части PM10, но её мелкая доля входит и в PM2.5. Одновременно PM2.5 может в основном состоять из сульфатов, нитратов, органики и сажи, которые неверно называть пылью.
Осаждение и дальний перенос
Гравитационное оседание, турбулентный контакт с растительностью и поверхностью образуют сухое выпадение. Облачные капли и дождь захватывают частицы и дают влажное выпадение. После осаждения материал может закрепиться почвой, попасть в воду или снова подняться.
Пылевые шлейфы из Сахары достигают Европы, Атлантики и Америки, азиатская пыль — Тихого океана. Траектория зависит от высоты подъёма и циркуляции. Определение источника требует спутников, моделей обратных траекторий и химико-минералогических маркеров, а не только цвета налёта.
Почвы, воды и биогеохимия
Пыль переносит железо, фосфор, кальций и микроэлементы, удобряя удалённые океанические и наземные экосистемы. Карбонатная пыль частично нейтрализует кислотность осадков и почв. Одновременно эрозия обедняет источник и ухудшает структуру почвы.
Частицы могут нести свинец, кадмий, мышьяк, пестициды, радионуклиды и стойкие органические соединения. Выпадение загрязняет водосборы и донные отложения. Экологический результат определяется потоком и биодоступностью, а не только общей массой минералов.
Растения и качество воздуха
Осевшая пыль экранирует свет, изменяет температуру листа, повреждает кутикулу и закупоривает устьица; щёлочная цементная или токсичная металлическая пыль оказывает химическое действие. Дождь смывает часть налёта, но переносит вещества в почву. Чувствительность зависит от вида и поверхности листа.
Высокие концентрации взвешенных частиц ухудшают видимость и связаны с риском для здоровья. Оценивать его следует по размерной фракции и составу. Понятие «пылевая буря» описывает метеорологическое явление сильного подъёма и переноса пыли, а не любой городской эпизод PM.
Отбор проб и массовая концентрация
Пробу прокачивают через предварительно кондиционированный и взвешенный фильтр; прирост массы, делённый на объём воздуха, даёт массовую концентрацию. Размер-селективная головка выделяет PM10 или PM2.5. Для оседающей пыли используют сборники выпадения, но результат нельзя напрямую сравнивать с концентрацией во взвеси.
Автоматические оптические датчики оценивают массу по рассеянию и требуют калибровки для конкретного аэрозоля. Влажность увеличивает оптический размер, а плотность минеральных частиц отличается от калибровочного латекса. Метаданные должны включать расход, время, высоту и неопределённость.
Химический и минералогический анализ
Рентгеновская дифракция определяет кристаллические минералы, электронная микроскопия — форму и элементный состав отдельных частиц, рентгенофлуоресцентный и масс-спектрометрический анализ — элементы, ионная хроматография — растворимые соли. Термооптический анализ отделяет органический и элементный углерод.
Отношения элементов и изотопов помогают различать почву, дорожный материал и производство, но атмосферное смешение редко даёт уникальный маркер. Распределение источников подтверждают совокупностью состава, ветра и инвентаризации.
Снижение пыления
Применяют укрытие и герметизацию оборудования, местную аспирацию с фильтрами, закрытые конвейеры, стабилизацию отвалов, ветрозащитные полосы, ограничение скорости, вакуумную уборку и увлажнение. В сельском хозяйстве помогают покровные культуры, минимальная обработка и защита почвы от ветра.
Вода для пылеподавления не должна создавать загрязнённый сток, а химические связующие оценивают по токсичности. Эффективность подтверждают измерениями до и после при сопоставимой погоде.
Разграничение понятий
Пыль — механически образованные твёрдые частицы. Взвешенные частицы — измерительная категория, включающая также сажу, соли и капли. Атмосферный аэрозоль шире и охватывает всю твёрдую и жидкую взвесь. Дым — смесь газов и частиц горения; сажа — углеродистый продукт неполного сгорания. PM10 и PM2.5 задаются аэродинамическим отбором и не являются синонимами пыли.
Кратко
Атмосферная пыль поступает при эрозии, разрушении и износе материалов, переносит минералы и загрязнители и после осаждения может подняться снова. Её оценивают по массе, размеру, химии и минералогии. Пыль составляет лишь часть PM и атмосферного аэрозоля.