«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 23, ¹ 6 (2010)
УДК 541.182.3: 551.510.552
Дисперсные и морфологические характеристики
дымовой аэрозольной эмиссии от пожаров
в бореальных лесах Сибири
*
Þ.Í. Ñàìñîíîâ1, Î.À. Áåëåíêî2, Â.À. Èâàíîâ3
1Институт химической кинетики и горения СО РАН
630090, ã. Новосибирск, óë. Институтская, 3
2Сибирская государственная геодезическая академия
630108, ã. Новосибирск, óë. Плахотного, 10
3Сибирский государственный технологический университет/Институт леса СО РАН
660036, г. Красноярск, Академгородок, Институт леса СО РАН
Поступила в редакцию 15.12.2009 ã.
Лесные пожары на территории Сибири происходят ежегодно на площади 10–14 млн га, при этом сгорает
300–500 млн т биомассы. Дымовая эмиссия в атмосферу – неизбежный сопутствующий процесс при
горении биомассы. Измерения дымовой эмиссии, выполненные в рамках натурно-модельных пожарных
экспериментов на таежной территории Красноярского края в 2000–2009 гг., показали, что в виде дымовых
частиц в атмосферу попадает от 0,2 до 1 т аэрозольного вещества с 1 га сгоревшего леса. Это составляет
1–7% от полного количества биомассы, сгорающей при лесном пожаре (15–30 т/га), остальные
93–99%
сгоревшего материала выделяются в виде газовых продуктов горения. Измерения дисперсных характеристик
дымовой эмиссии, усредненные по 16 натурно-модельным пожарным экспериментам 2007–2009 гг.,
показали, что (89 ± 8)% аэрозольного вещества находится в частицах с аэродинамическими диаметрами менее
3 ìêì, (7 ± 6)% – в частицах 3–5 ìêì, остальные 5–10% вещества – в частицах крупнее 7 ìêì. Морфологическая
структура дымовых частиц указывает на то, что субмикронные частицы образовались по механизму
конденсации паров органических веществ непосредственно над зоной горения, с последующей их
коагуляцией в частицы микронных размеров. Показано, что элементный состав тонкой фракции дымовой
эмиссии, измеренный методом рентгеновской флуоресценции с возбуждением синхронным излучением
(РФА СИ), может быть использован для дискриминации источников химических элементов.
Ключевые слова: дымовые аэрозоли, дымовая эмиссия, горение биомассы, лесной пожар, дисперсное
распределение, химические микроэлементы; smoke particulates, smoke emission, biomass burning, forest fire,
dispersal distribution, chemical trace elements.
Введение
Спутниковые наблюдения показывают [1–3],
что пожары ежегодно происходят на площади
10–14 млн га в лесной и лесостепной зонах Сибири,
при этом сгорает 300–500 млн т биомассы (âåðîÿòíî,
это является третьим по масштабам природным
пожарным явлением после сезонных пожаров в африканских
саваннах и тропических лесах). При горении
лесной биомассы выделяются как газовые продукты
горения, так и аэрозольные дымовые частицы.
Массовая доля аэрозольной эмиссии варьируется
в пределах 1–2 до 5–7% от количества сгоревшей
биомассы в зависимости от условий горения
(собственные и литературные данные), однако ее
роль в атмосферном теплообмене является доминирующей.
Это связано с тем, что в эмиссии присутствуют
тонкодисперсные частицы, в значительной
* Юрий Николаевич Самсонов (samsonov@kinetics.
nsc.ru); Олеся Александровна Беленко (belenole@yandex.
ru); Валерий Александрович Иванов.
мере состоящие из элементного углерода (иногда
для этого вещества используются термины сажа
и black carbon, что не всегда èäåíòè÷íî). Такие
частицы, находясь во взвешенном состоянии в атмосфере,
поглощают и рассеивают солнечный свет,
влияют на теплообмен между земной поверхностью,
атмосферой и солнечной радиацией и, следовательно,
могут воздействовать на региональную погоду
и глобальный климат.
Важно отметить, что потенциальное климатическое
действие аэрозольной эмиссии (охлаждение)
является компенсирующим к воздействию газовых
продуктов горения (двуокись углерода, метан), гипотетически
приводящих к глобальному потеплению.
Поэтому сведения о количестве, химическом
и дисперсном составе дымовой эмиссии от крупномасштабных
лесных пожаров являются необходимыми
для создания и верификации прогностических
компьютерных моделей глобального или регионального
погодно-климатического тренда. Они
важны в исследованиях оптических и химических
свойств атмосферы, а также для оценок респираторного
качества приземного воздуха.
Дисперсные и морфологические характеристики дымовой аэрозольной эмиссии от пожаров…
423
Стр.1