Український антарктичний журнал

№ 4-5 (2006): Український антарктичний журнал
Articles

Про фрактальний механізм взаємозв'язків між генезисом, розміром та вмістом атмосферних аерозолів у різних районах Землі

PDF
  • В. Д. Русов,
  • В. Павлович,
  • Р. Іліч,
  • Р. Ячимович,
  • Ю. Бондарчук,
  • В. М. Ващенко,
  • О. Т. Міхалус,
  • С. Л. Косенко
В. Д. Русов
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
В. Павлович
Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ
Р. Іліч
Інститут Йоже Стефана, Любляна
Р. Ячимович
Інститут Йоже Стефана, Любляна
Ю. Бондарчук
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
В. М. Ващенко
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ
О. Т. Міхалус
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
С. Л. Косенко
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.4-5.2006.537
Опубліковано December 15, 2006
Як цитувати
Русов, В. Д., Павлович, В., Іліч, Р., Ячимович, Р., Бондарчук, Ю., Ващенко, В. М., Міхалус, О. Т., & Косенко, С. Л. (2006). Про фрактальний механізм взаємозв’язків між генезисом, розміром та вмістом атмосферних аерозолів у різних районах Землі. Український антарктичний журнал, (4-5), 137-159. https://doi.org/10.33275/1727-7485.4-5.2006.537

Анотація

Обговорюються експериментальні дані Національної Мережі Моніторинга Повітря (NASN) Японії з 1974 до 1996 рр. та незалежні експерименти, проведені одночасно в районах Любляни (Словенія), Одеси (Україна) та Української антарктичної станції “Академік Вернадський” (64015; 65015), у яких за допомогою традиційного метода фіксації атмосферних аерозолів на ядерних фільтрах та k0-інструментального нейтронно-активаційного аналіза визначали концентраційний вклад атмосферного повітря.

Порівняльний аналіз різноманітних пар експериментальних спектрів нормованих концентрацій елементів атмосферного аерозоля, виміряних у різних регіонах Землі, показує стійку лінійну (в логарифмічному масштабі) кореляційну залежність, що вказує на степеневий ріст маси (об'єму) кожного з елементів атмосферного аерозоля й водночас на причину цього роста – фрактальну природу генезиса атмосферних (вторинних) аерозолів.

В рамках мультифрактальної геометрії показано, що розподіл ізотопних компонент вторинного аерозоля за нормованими масами (об'ємами) підлягає логнормальному розподілу, який в логарифмічному масштабі відносно випадкової змінної (маси ізотопної компоненти) тотожний нормальному розподілу. Останнє значить, що параметри двовимірного нормального розподілу відносно відповідних ізотопних компонент аерозольних частинок-мультифракталів, виміряних у різних місцях, апріорі пов'язані рівняннями прямої й зворотньої лінійної регресії.

Показано, що наслідок таких лінійних регресій - це спостережувана в експериментах лінійна (в логарифмічному масштабі) кореляція між нормованими концентраціями однакових ізотопних компонент різних за місцем реєстрації експериментальних спектрів нормованих концентрацій елементів атмосферного аерозоля.

Теоретично показано, як за допомогою рішення системи нелінійних рівнянь, яка об"єднує перші моменти (середнє та дисперсію) логнормального та нормального розподілу, відновити мультифрактальную функцію f(α) і спектр фрактальних розмірностей Dq окремої аерозольної частинки, які є глобальними характеристиками генезиса атмосферного (вторинного) аерозолю і не залежать від локального місця реєстрації.

PDF

Посилання

  1. Maenhaut, W., & Zoller, W.H. (1977). Determination of the chemical composition of the South Pole aerozol by insrumental neutron activation analysis. J. Radioanal. Chem., 37, 637–650.
  2. Pushkin, S.G., & Mixajlov, V.A. (1989). Komparatorny`j nejtronno-aktivacionny`j analiz. Izuchenie atmosferny`x ae`rozolej [Comparatory neutron-activating analysis. Studying the atmospheric aerosoles]. Novosibirsk, Nauka. Sib. otdelenie.
  3. Raes, F., Van Dingenen, R., Vignati, E., Wilson, J., Putaud, J.-P., Seinfeld, J.H., & Adams, P. (2000). Formation and cycling of aerozols in the global troposphere. Atmospheric Environment, 34, 4215–4240.
  4. Rusov, V.D., Glushkov, A.V., & Vashhenko, V.N. (2003). Astrofizicheskaya model` global`nogo klimata Zemli. Kiev, Naukova dumka.
  5. Figen, Var, Yasushi, Narita, Shigeru, Tanaka. (2000). The concentration, trend and seasonal variation of metals in the atmosphere in 16 Japanese cities shown by the results of National Air Surveillance Network (NASN) from 1974 to 1996. Atmospheric Environment, 34, 2755–2770.
  6. Brownlee, K.A. (1965). Statistical theory and methodology in science and engineering. John Wiley & Sons, Inc., New York–London-Sydney.
  7. Bendat, J.S., & Piersol, A.G. (1986). Random data. Analysis and Measurement Procedures. A Wiley-Interscience Publication.
  8. Schroeder, M. (2000). Fractals, Chaos, Power Laws. Minutes from Infinite Paradise. W.H.Freeman and Company. NewYork.
  9. Witten, T.A., & Sander, L.M. (1981). Diffusion-limited aggregation: A Kinetic critical phenomenon. Phys. Rev. Lett., 47, 1400–1403.
  10. Zubarev, A. Yu., & Ivanov, A. O. (2002). Fraktal`naya struktura kolloidnogo agregata. [Fractal structure of a colloidal aggregate]. Doklady` Akademii nauk Rossiya, 383, 472–477.
  11. Maenhaut, W., Francos, F., & Cafmeyer, J. (1993). The “Gent” Stacked Filter Unit (SFU) Sampler for Collection of Atmospheric Aerosols in Two Size Fractions: Description and Instructions for Installation and Use. Report No.NAHRES-19, IAEA, Vienna. 249–263.
  12. Hopke, P.K., Hie, Y., Raunemaa, T., Biegalski, S., Landsberger, S., Maenhaut, W., Artaxo, P., & Cohen, D. (1997). Characterization of the Gent Stacked Filter Unit PM10 Sampler. Aerozol Science and Technology, 27, 726–735.
  13. Jacimovic, R., Lazaru, A., Mihajlovic, D., Ilic, R., & Stafilov, T. (2002). Determination of major and trace elements in some minerals by k0-instrumental neutron activation analysis. J. Radioanal. and Nucl. Chem., 253, 427–434.
  14. HYPERMET-PCV5.0. User’s Manual. (1977). Institute of Isotopes, Budapest, Hungary.
  15. Kauzero/Solcoi for Reactor-neutron Activation Analysis (NAA) Using the k0-Standardization Method. (1996). DSM Research, Geleen, Netherlands, Dec. 1996.
  16. Crownover, R.M. (1995). Introduction to Fractals and Chaos. Jones and Bartlett Publishers.
  17. Mandelbrot, B.B. (2002). The fractal geometry of nature. Updated and Augmented. W.H. Freeman and Co, New York.
  18. Feder, J. (1988). Fractals. Plenum Press-New York and London.
  19. Bozhokin, S. V., & Parshin, D. A. (2001). Fraktaly` i mul`tifraktaly`. [Fractals and multifractals]. Regulyarnaya i xaoticheskaya dinamika, pp. 128.
  20. Lai, F.S., Friedlander, S.K., Pich, J., & Hidy, G.M. (1972). The self-preserving particle size distribution for Brownian coagulation in the free-molecular regime. Journal of Colloid and Interface Science, 39, 395–405.
  21. Raes, F., Wilson, J., Van Dingenen, R. (1995). Aerosol dynamics and its implication for the global aerosol climatology. In: R.J. Charson, J. Heintzenberg (Eds.), Aerosol Forcing of Climate. Wiley, New York.
  22. Feller, W. (1971). An Introduction to Probability Theory and its Applications. John Wiley Sons, Inc. New York–London–Sydney–Toronto. V.2.
  23. Bote, R., Zhyul`en, R., &Kol`b, M. (1988). Agregaciya klasterov. [Cluster aggregation]. Fraktaly` v fizike. Moskva. Mir. 353–359.