エアロゾルの物理学では、沈着とはエアロゾル粒子が固体表面に集積または沈着し、空気中の粒子の濃度を低下させるプロセスです。沈着は、乾性沈着と湿性沈着の 2 つのサブプロセスに分けられます。沈着速度、つまり沈着速度は、中サイズの粒子で最も遅くなります。沈着のメカニズムは、非常に小さい粒子または非常に大きい粒子のどちらかに最も効果的です。非常に大きな粒子は沈降または衝突プロセスによってすぐに沈降しますが、ブラウン拡散は小さな粒子に最も大きな影響を与えます。[ 1 ] これは、非常に小さな粒子は数時間で凝集し、直径が 0.5マイクロメートルに達するためです。このサイズになると、もはや凝集しません。[ 2 ]これは、空気中に存在するPM-2.5の量に大きな影響を与えます。
沈着速度はF = v cで定義され、ここでFはフラックス密度、vは沈着速度、cは濃度である。重力沈着の場合、この速度は重力による抗力によって生じる沈降速度である。
ある粒子が特定の障害物に衝突するかどうかは、よく研究される問題です。これは、ストークス数Stk = S / dで予測できます。ここで、Sは停止距離（粒子の大きさ、速度、抗力によって決まります）、dは特性サイズ（多くの場合、障害物の直径）です。Stk の値が1 未満であれば、粒子はその障害物に衝突しません。しかし、Stkの値が1 より大きい場合は、衝突します。
ブラウン運動による堆積は、フィックの第一法則と第二法則の両方に従う。結果として生じる堆積フラックスは次のように定義される。
ここで、Jは沈着フラックス、nは初期数密度、Dは拡散定数、tは時間である。これを積分することで、各時点での濃度を求めることができる。
乾性沈着物
図1 – 衝突
図2 – 拡散乾性沈着の原因は以下のとおりです。
- 衝突。これは、小さな粒子が大きな障害物に接触した際に、慣性によって流れの湾曲した流線に沿って進むことができず、液滴に衝突する現象です。大きな障害物に面する小さな粒子の質量が大きいほど、流れの流線からのずれは大きくなります。
- 重力沈降― 粒子が重力によって沈降する現象。
- 遮断。これは、小さな粒子が流線に沿って流れるものの、障害物（例えば木の枝）に近づきすぎると衝突する可能性がある現象です。
- 乱流。空気中の乱流渦は粒子を移動させ、粒子同士が衝突する可能性がある。ここでも、低濃度方向への正味の流れが生じる。
- その他のプロセスとしては、熱泳動、ターボ泳動、拡散泳動、電気泳動などがある。
湿性沈着
湿性沈着では、大気中の水粒子（雨滴、雪など）がエアロゾル粒子を捕捉します。つまり、湿性沈着は水滴との重力、ブラウン運動、および/または乱流による凝集です。湿性沈着には、以下のような種類があります。
- 雲下における粒子除去。これは、落下する雨滴や雪の粒子が、ブラウン運動による拡散、遮断、衝突、乱流拡散などを通じてエアロゾル粒子と衝突する際に起こる現象です。
- 雲内スカベンジング。これは、エアロゾル粒子が雲核として作用したり、衝突によって雲粒や雲氷晶に捕捉されたりすることで、雲粒や雲氷晶に取り込まれる現象です。雲の中で雨や雪が形成されると、エアロゾル粒子は地表に運ばれます。エアロゾルのコンピュータモデルでは、エアロゾルと雲粒は大部分が別々に扱われるため、核生成はパラメータ化する必要のある損失プロセスとして表されます。
参考文献
- ↑サインフェルド、ジョン；スパイロス・パンディス（2006）。大気化学と物理学：大気汚染から気候変動まで（第2 版）。ニュージャージー州ホーボーケン：ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社。ISBN 0-471-72018-6。
- ↑ Mishchuk, Nataliya A. (2004). 「第9章 - ブラウンエマルションの合体速度論」。Interface Science and Technology 4 (DN Petsev編)。Elsevier: 351–390。doi: 10.1016 / S1573-4285(04) 80011-5。ISBN 9780120884995。
