Aerosolbildung und -dynamik

Wie Aerosolpartikel durch Nukleation entstehen und wachsen, koagulieren und entfernt werden, wodurch die atmosphärische Partikelpopulation geformt wird.

Definition

Aerosolbildung und -dynamik ist die Untersuchung der mikrophysikalischen Prozesse, die Aerosolpartikel erzeugen und die zeitliche Entwicklung ihrer Anzahl und Größenverteilung bestimmen.

Scope

Umfasst die Neubildung von Partikeln durch Gas-zu-Partikel-Nukleation, das Kondensationswachstum von Nanopartikeln, die Brownsche Koagulation, die modale Struktur von Aerosolgrößenverteilungen, die trockene Deposition und die nasse Auswaschung sowie die allgemeine dynamische Gleichung, die die Entwicklung der Partikelpopulation steuert.

Core questions

• Wie nukleieren neue Partikel aus atmosphärischen Dämpfen?
• Welche Prozesse verschieben Partikel zwischen den Nukleations-, Akkumulations- und Grobpartikelmoden?
• Wie werden Aerosole aus der Atmosphäre entfernt?

Key theories

Allgemeine dynamische Gleichung für Aerosole

Eine Kontinuitätsgleichung für die Partikelgrößenverteilung, die Nukleation, Kondensation, Koagulation und Entfernung kombiniert, um die Entwicklung der Aerosolpopulation vorherzusagen.

Mechanisms

Neue Partikel bilden sich, wenn schwerflüchtige Dämpfe wie Schwefelsäure zu Clustern aggregieren und die Nukleationsbarriere überwinden, um dann durch Kondensation weiterer Dämpfe zu wachsen. Koagulation führt kleine Partikel zusammen, verschiebt die Anzahl zu größeren Größen und erzeugt die charakteristischen Nukleations-, Aitken-, Akkumulations- und Grobpartikelmoden. Die Entfernung erfolgt durch trockene Deposition, die für die größten und kleinsten Partikel wichtig ist, und durch nasse Auswaschung in Wolken und Niederschlägen, die die Lebensdauer von Akkumulationsmodus-Partikeln dominiert.

Clinical relevance

Die Partikeldynamik bestimmt die Konzentration und Größe luftgetragener Partikel, die für die Gesundheit, die Sichtbarkeit und die Versorgung mit Wolkenkondensationskeimen, die das Klima beeinflussen, relevant sind.

History

Die Dynamik von Aerosolpopulationen wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts formalisiert, und Feldkampagnen seit den 1990er Jahren, insbesondere die von Kulmala und Kollegen geleiteten, etablierten die Neubildung von Partikeln als ein weit verbreitetes atmosphärisches Phänomen.

Key figures

• Markku Kulmala
• John Seinfeld

Seminal works

• kulmala2004
• seinfeldPandis2016

Frequently asked questions

Was ist die Neubildung von Partikeln?

Es ist die spontane Entstehung frischer Aerosolpartikel, wenn Spurendämpfe wie Schwefelsäure zu winzigen Clustern nukleieren, die dann wachsen, eine Hauptquelle für die atmosphärische Partikelanzahl.