Aerosooliosakeste teke ja kadu atmosfääris

Eduard Tamm

Tekkeviisi alusel võib atmosfääris eristada kaht liiki aerosooliosakesi – primaar- ja sekundaarosakesi. Primaarosakesed paisatakse õhku valmiskujul; enamasti tekivad nad tahke või vedela aine pihustumisel mitmesugustes looduslikes protsessides (vulkaanipursked, tuule-erosioon, vee pihustumine murdlainete harjal, mullide lõhkemine veepinnal jne.) ja inimese tootmistegevuses (kaeve- ja lõhkamistööd lahtistes karjäärides, puistematerjalide laadimine, autotransport (eriti kruusateedel) jne.). Primaarosakeste läbimõõdu alumine piir on mõnisada nanomeetrit. Sekundaarosakesed tekivad looduse või inimtegevuse poolt õhku paisatud lisandgaasidest (SO₂, NH₃, NO_x, joodioksiidid, gaasilised orgaanilised ained).

Mitmesugustes keemilistes protsessides (tavaliselt Päikese ultraviolettkiirguse mõjul) muunduvad need kergesti kondenseeruvateks (vähelenduvateks) aineteks (näit. H₂SO₄, NH₄SO₄ jm.), mis algul on ka gaasilises olekus, kuid molekulide küllalt suure kontsentratsiooni korral ühinevad need vedela või tahke aine tillukesteks (läbimõõduga nanomeetri suurusjärgus) osakesteks. Seda protsessi nimetatakse nukleatsiooniks. Need kondenseerunud aine nn. algidud kasvavad samade või hoopis muude õhu lisandgaaside molekulide kondenseerumisel nende pinnale ja nende osakeste omavahelise liitumise (koagulatsiooni) teel. Sekundaar­ osakesed ei kasva läbimõõdult suuremaks kui üks mikromeeter, sest kasvuprotsessid aeglustuvad läbimõõdu suurenedes ja osakesed eemaldatakse atmosfäärist, enne kui nad jõuavad eelnimetatud piirist üle kasvada.

Väga palju aerosooliosakesi tekib põlemisprotsessides. Siin ei ole üheselt selge, kas need on primaar- või sekundaarosakesed. Need paisatakse õhku kas lahtise leegi juurest (lõkked, metsapõlengud) või põlemiskambrite suitsutorudest tõepoolest valmiskujul, osakestena; selles mõttes on need primaarosakesed. Tegelikult sünnib enamus neist osakestest väga kiiretes nukleatsiooniprotsessides gaasilistest põlemisproduktidest leegi välimises, madala­ temperatuurilises tsoonis või selle vahetus läheduses. Selles mõttes on need ikka sekundaarosakesed. Leegist väljuvad tuha (põleva materjali mineraalne komponent) ja tahma (hapnikuga ühinemata süsinik) osakesed tuleb kindlasti lugeda primaarosakesteks.

Inimeste poolt atmosfääri paisatud aerosooliosakesed saastavad loodust. Inimesed jõuavad õhku saastata ka näivalt puhtas maakohas, rääkimata tööstusrajoonidest.

Vaatamata sellele, et osakeste eespoolkirjeldatud allikad toimivad pidevalt ja/või puhanguliselt (sekundaarosakeste intensiivne teke toimub puhangutena, enamasti jahedale ööle järgneval päikesepaistelisel päeval), ei lähe õhk atmosfääris siiski “paksuks”, sest on olemas ka pidevalt toimivad ja puhangulised kaomehhanismid, mis eemaldavad osakesi maa- ja veepinnale ning neil asuvatele objektidele. Pidevalt tegutsevad raskusjõud ning soojuslik ja turbulentne difusioon. Raskusjõu tõttu väljasadestumine on oluline vaid suurimate osakeste (d > 1 µm) korral. Väikesed osakesed liiguvad sarnaselt gaasimolekulidega kaootiliselt (Browni liikumine), sattudes pinnalähedastest õhukihtidest mingile pinnale juhuslikult. Suuremad osakesed jooksevad pinnalähedastest turbulentsetest õhukeeristest inertsi tõttu välja. Neid kolme mehhanismi kokku nimetatakse kuivaks väljasadestumiseks. Pilvetilgad tekivad veeauru kondenseerumisel sekundaarosakestele. Seega on iga pilvetilga sees aerosooliosake – kondensatsioonituum, mis langeb maha koos vihmapiisa või lumeräitsakaga. Langev vihma­piisk haarab kaasa teele jäävaid osakesi. Neid puhastusmehhanisme nimetatakse vastavalt kas väljavihmutamiseks või väljapesemiseks, kokku aga märjaks väljasadestumiseks, mis on puhanguline nähtus (toimub ainult vihma- või lumesaju ajal).

Sekundaarosakeste teket ja arengut kuni väljavihmutamiseni illustreerib järgnev Urmas Hõrraku tehtud joonis.