Загадки дождевой воды

Любопытно, что океанография микрослоя начинается от метеорологии. После того как Джон Дальтон в 1822 г. продемонстрировал, что в дождевой воде присутствует морская соль, ряд исследователей высказали идея, что океан является источником и других веществ, найденных в осадках . В начале сороковых годов отечественного века уже было в полной мере ясно, что смесь морских веществ, найденных в дождевой снеге и воде, — это совсем не то, что возможно взять легко методом выпаривания примера простой морской воды. В 1959 г. два метеоролога предсказали решение вопроса. «Перенос солей из моря в атмосферу, — сообщил Карл-Густав Россби, — это никоим образом не несложный механический процесс». Эрик Эрикссон развил эту идею, объявив, что, «по-видимому, на морской поверхности происходит какой-то процесс фракционирования, вероятно связанный с участием веществ, находящихся в поверхностной пленке».

Примерно одвременно с этим японский химик Кен Сугавара опубликовал сообщение о том, что при изучении им натрия содержаний и отношения йода к содержанию хлора в брызгах, вылетающих из лопающихся пузырьков (морской пены), были взяты величины, быстро отличающиеся от обычной величины соотношения этих веществ в примере воды большего количества. Работа Сугавары осталась не увиденной большинством экспертов, возможно, по причине того, что он информировал лишь о достигнутом результате единичного опыта, и вдобавок по причине того, что полученное им отклонение от нормы было неправдоподобно громадно.
С того времени в следствии бессчётных изучений фракционирования было продемонстрировано, что если бы Сугавара выполнил еще один опыт, то он взял бы другие цифры и что его эти по йоду были бы страно правильны. Бичом опытов по фракционированию, делаемых как в полевых, так и в лабораторных условиях, была невоспроизводимость достигнутых результатов. Возможно предполагать, что наиболее значимые ионы металлов, содержащиеся в морской воде (натрий, магний, калий и кальций), фракционируются слабо; в случае если это и происходит, то их соотношение изменяется если сравнивать с морской водой менее, чем на десять процентов. До тех пор пока еще нереально собрать серию химических образцов (дождя, снега, веществ, выпадающих из воздуха в сухом виде, аэрозолей и без того потом) и с достаточной точностью оценить действие материковой пыли, маскирующее десятипроцентную изменчивость морского компонента. Но понемногу благодаря крупномасштабным сборам образцов (один из них выполнен во Франции Роже Шесселе) количество отечественных знаний о региональных вариациях атмосферных составляющих возрастает, и быть может, нам удастся распознать незначительные отклонения.
Совершенно верно так же тяжело что-либо сообщить о фракционировании на протяжении выноса из моря в воздух таких веществ, как хлор, йод и бром, — их химическая активность увеличивается под действием солнечных лучей и катализирующих аэрозолей воздуха. Немногие лабораторные работники подобающим образом осознали, как легко искажаются результаты опытов по фракционированию из-за поверхностно-активных загрязняющих веществ и как неимоверно тяжело подготовить чистую поверхность. Только один раз мне удалось сохранить поверхность в чистоте в течении дней. Подготовительные операции «настойчиво попросили» года работы, но и в этом случае мне , поскольку с того времени я ни разу не добился подобного достигнутого результата. Опыт дал мне один нужный урок: я осознал, что воспроизводимого достигнутого результата возможно достигнуть лишь в том случае, если воспроизводимы условия, имеющие место на поверхности. Свойства поверхности воды могут измениться при добавлении загрязняющих веществ в пропорции нескольких частей на миллиард; в то время как уровень загрязнения достигает нескольких частей на миллион, результаты фракционирования могут быть искажены так, что кое-какие довольно часто замечаемые физико-химические механизмы проследить не удается.
При первых изучениях механизмов фракционирования, действующих на морской поверхности, не принимались во внимание неповторимые изюминки особенностей «верхней половины» океана — вместо этого ученые опирались на классические физико-химические представления. Более ста лет тому назад Джозиа Уиллард Гиббс продемонстрировал, что любое вещество, увеличивающее поверхностное натяжение воды, должно отталкиваться при его диффузионном перемещении снизу вверх. Разные растворы солей имеют различное поверхностное натяжение; из этого направляться, что их ионы отталкиваются по-различному, и поверхность таковой смеси, как морская вода, подобающа по составу различаться от главной массы этой смеси. Не смотря на то, что эта отличие в полной мере вычислима, она наблюдается в жидкости лишь на маленькую долю микрометра и, следовательно, не воздействует на химические процессы.
Однако, кое-какие испытания, сделанные с целью проверки уравнений Гиббса, продемонстрировали, что существуют поразительные расхождения с теорией как в интенсивности, так и в направлении фракционирования. К примеру, в то время, как теория предвещает, что раствор, в котором содержатся ионы цезия и бария, конкретно у поверхности должен быть легко обеднен ионами бария, а фракционирование должно охватывать около 0,005% общего числа этих ионов, испытания говорят о том, что конкретно у поверхности происходит обогащение раствора ионами бария, 7% которых подвергаются фракционированию. Это сильно выраженное несоответствие теории с умелыми данными объяснения не взяло.
При проведении вторых опытов установлено, что в неравновесных условиях на фракционирование ионов K и аммония очень сильно воздействует влажность воздуха над поверхностью жидкости. В брызгах лопающегося пузырька концентрация калия десятикратно, а аммония в сто раз выше, чем в громадном примере раствора. Очень большая величина концентрации ионоваммония (NHJ) связана, возможно, с образованием аммиака ГКН ОН) методом гидролиза; электрически не заряженный аммиак не отталкивается от поверхности электростатическими силами. (Быть может, что значение диэлектрической постоянной для поверхности воды образовывает лишь 9, тогда как для неспециализированной массы воды-81. Это наводит на идея, что фракционирование возможно с успехом изучать, применяя растворители, диэлектрические постоянные которых близки к постоянной для поверхности воды.) В любом случае остается тайной (для меня по крайней мере), как именно влажность одна по себе может произвести таковой поразительный эффект. Появляется и второй вопрос: разве может даже очень высокая степень фракционирования в пределах действия электрических сил (другими словами в пределах нескольких сотен ангстремов от поверхности) ощутимо отразиться на составе капелек пленки, поднятых вверх в виде аэрозоля. Возможно, под влиянием потоков тепла и пара в неравновесных условиях состав верхней части пленки в момент ее формирования может изменяться, но к изучению этого вопроса тяжело подойти как теоретически, так и методом опытов.
Кое-какие из самые необычных значений фракционирования были взяты при опытах с йодом и фосфатами. В одной из собственных ранних работ я связывал фракционирование фосфата с размером капель, применяя способ аэрозольного ударника, иллюстрированный рисунком; и мною было обнаружено, что обогащение возможно шестисоткратным и редко бывает менее чем трехкратным. Было ясно также, что присутствие поверхностных образований, по-видимому, влияет на степень обогащения.
Интенсивные изучения других галогенов и фракционирования йода были совершены Робертом Э. Дьюсом и его сотрудниками в Гавайском университете и в Университете Род-Айленда. Сотрудник Дьюса Ф. И. Б. Сето понял, что йод выталкивается из частичек аэрозоля, но при размере частиц менее двух микрометров обогащение скоро возрастает. Он установил также, что в случае если частицы поместить на свету, то большая часть йода улетучивается в виде газа. Результаты, полученные Сето, являются единственными воспроизводимыми достигнутыми результатами опытов по фракционированию, которые мне известны. Разумеется, что высокие размеры, полученные для йода, нельзя объяснить гиббсовым выталкиванием ионов в пределах нескольких ангстремов от поверхности.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *