Введение 3
Цель работы 3
Актуальность 3
Теория 6
Теория Келера 6
Параметр гигроскопичности 7
Дифференциальный анализатор подвижности 8
Техника эксперимента 11
Тандем дифференциальных анализаторов подвижности 11
Ошибки измерений 14
Метод подготовки и анализа клеточного материала 17
Результаты 19
Выводы 26
Список литературы 27
Цель работы
Биологический аэрозоль, то есть частицы растительного происхождения диаметром от нескольких нанометров до десятков микрон (например, пыльца растений, споры грибов, остатки растительности, бактерии и т.д.) составляет 15~25% глобальной аэрозольной массы. Как и любой другой аэрозоль, биочастицы участвуют во многих атмосферных процессах – рассеивают и поглощают свет, служат ядрами конденсации, а также являются сильными аллергенами. Но при этом, степень влияния биоаэрозолей на атмосферные процессы остается плохо изученной.
Целью научной работы является получение экспериментальных данных о механизмах взаимодействия биочастиц с атмосферным водяным паром, их гигроскопических свойств. Подобные данные можно использовать для упрощения прогнозирования результата их влияния на радиационное возмущение атмосферы.
Актуальность
Многочисленные лабораторные эксперименты показали, что первичные биочастицы являются активными ядрами конденсации и льдообразования и таким образом оказывают влияние на формирование облачных систем и осадков (Möhler et al., 2007; Pöschl et al., 2010; DeMott et al., 2011; Morris et al., 2011; Hoose and Möhler, 2012). Сравнительно недавно первичные биочастицы такие как споры грибов, бактерии были включены в климатические модели (Hoose et al., 2010; Spracklen et al., 2010; Sesartic et al., 2013). В целом авторы указывают, на то, что глобальный вклад первичных биочастиц (споры грибов, бактерии, пыльца растений) в формирование облачных систем незначителен (~1%). Тем не менее, авторы признают грубость модельных оценок, связанных, прежде всего, с ограниченностью данных об эмиссии и стоках биоаэрозолей и упрощенных подходах при учете их конденсационных и льдообразующих свойств. В частности, в модельных расчетах не учитывается вторичные субмикронные биочастицы, которые в большом количестве образуются в результате фрагментации исходных частиц. Так при резком изменении влажности пыльцевые зерна выделяют через поровые апертуры до ~104 субмикронных единиц клеточного материала (Solomon W.R., 2002; Grote et al., 2001; Tayler et al., 2002;2004; Grote et al., 2001) причем в среднем ~102-103 частиц являются водорастворимыми, способными к гигроскопическому росту (прямой форсинг) и служить облачными и ледяными ядрами конденсации (косвенный форсинг) (Pummer et al., 2015).
В целом, анализ литературных данных показывает, что в последнее десятилетие основные усилия исследователей были направлены на изучение льдообразующих свойств первичных биоаэрозолей (Blohn, 2005; Hoose et al., 2010; DeMott et al., 2011; Hoose and Möhler, 2012; Augustin et al, 2013; Pummer et al., 2013; Adler et al., 2014; Fröhlich-Nowoisky et al., 2015). В меньшей степени изучены их гигроскопические и конденсационные свойства. В основном изучались конденсационные свойства бактерий и спор некоторых грибов (Pöschl et al.,2010; Pope, 2010; Möhler et al., 2007). Что касается вторичных биоаэрозолей, то исследования их конденсационных свойств только начинают развиваться. На данный момент нам известна только одна работа (Steiner et al., 2015), в которой изучались конденсационные свойства вторичных продуктов пыльцевых зерен. Данные этой работы, в частности показывают, что конденсационная активность субчастиц (50-200 нм) цитоплазматического материала пыльцы (5 видов) сопоставимо с конденсационными свойствами сульфата аммония. Практически отсутствуют работы по гигроскопическим свойствам вторичных биологических аэрозолей.
Была разработана и усовершенствована методика генерации, подготовки и определения диаметра пыльцевых зерен в трех режимах – гидратации, дегидратации и реструктуринга. Работа тандема дифференциальных анализаторов подвижности была усовершенствована, температурные градиенты во всей системе были практически полностью устранены, введен более точный способ определения относительной влажности с использованием новых приборов.
Были получены уникальные данные по гигроскопическому росту и свойствам для трех типов пыльцы – сосны, березы и рапса. Подобные данные можно использовать для упрощения прогнозирования результата их влияния на радиационное возмущение атмосферы.
