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Untersuchungen zum Problem der Aktivität kleiner Kondensationskerne

  • Georg Gotsch
Article

Zusammenfassung

Es werden Experimente mit Mischwolken- und Expansionskammern zur Prüfung der Aktivität der Aitkenkerne beschrieben und mit der Theorie vonH. Köhler undChr. Junge verglichen. Dabei wird festgestellt, daß eine Übersättigung von ungefähr einem halben Prozent ausreichend ist, um den größten Teil aller mit einem Aitkenkernzähler bei einer Volumenvergrößerung von 25% gezählten Kerne zu aktivieren. Da die genannte Theorie zur Aktivierung der Gesamtheit der Aitkenkerne eine wesentlich höhere Übersättigung erfordert, konnte eine Übereinstimmung zwischen Theorie und Meßergebnissen nicht gefunden werden.

Es ließ sich ferner zeigen, daß bei adiabatischer Expansion der freiwerdende Wasserdampf sich in ungefähr 100 ms an den Kernen so weitgehend angelagert hat, daß sich der möglicherweise noch nicht kondensierte freie Dampf der Messung entzieht. Dieses Verhalten ist in erster Näherung unabhängig von der Expansionsgeschwindigkeit, bei sehr schneller Expansion ist die Wolke bereits nach 1 bis 2 ms nachweisbar. Die außergewöhnlich große Schnelligkeit, mit der sich die Kondensation vollzieht, läßt es wahrscheinlich erscheinen, daß die in der freien Atmosphäre sich ausbildenden Übersättigungen den Wert von 1‰ nicht überschreiten, so daß für die Bildung natürlicher Wolken nur die Gruppe von Kernen in Frage kommt, die bei so kleiner Übersättigung bereits aktiviert wird. Auf Grund der Versuchsergebnisse liegt die Annahme nahe, daß im Gegensatz zur bisher gewöhnlich vertretenen Auffassung ein sehr großer Teil der Aitkenkerne zu dieser hochaktiven Kerngruppe gehört.

Verzeichnis der verwendeten Symbole

aλ

wellenlängenabhängiger Extinktionskoeffizient cm−1

E

Sättigungsdampfdruck bei der Mischwolkentheorie dyn. cm−2

Hi

Löslichkeit einer Substanz im Lösungsmittel eines Tröpfchens vom Radiusri

i

Van't Hoffscher Faktor

I

Strahlungsstromdichte erg·cm−1s−1

I0

wieI, jedoch im ungetrübten Zustand

Ks

Streuquerschnitt nach der elektromagnetischen Theorie vonG. Mie

mi

Masse der Substanzi g

Mi

Molekulargewicht der Substanzi g·Mol−1

N

in einer Luftprobe suspendierte Aerosolteilchendichte cm−3

Na

Aitkenkerndichte cm−3

p0

Luftdruck in der Umgebung bei Expansionsbeginn dyn·cm−2

dp

Überdruck über den Luftdruck der Umgebung dyn·cm−2

p*

p0+dp dyn·cm−2

P

Partialdruck des absorbierten Gases bei der Adsorptionstheorie dyn·cm−2

P0

Gleichgewichtsdampfdruck zwischen der Gasphase und einer ebenen Flüssigkeitsoberfläche bei der Adsorptionstheorie dyn·cm−2

r

Radius der sphärisch gedachten Aerosolteilchen cm

rkr

kritischer Radius cm

\(\bar r\)

mittlerer Tropfenradius cm

\(\overline {r^2 } \)

mittlerer Tropfenquerschnitt/π cm2

\(\overline {r^3 } \)

mittleres Tropfenvolumen ·3/4·π cm3

R*

allgemeine Gaskonstante erg(°C·Mol)−1

s

Weglänge des Lichtstrahles durch die Wolke cm

S

Übersättigung in Prozent

Skr

kritische Übersättigung in Prozent

t

Zeit s

T

Temperatur °C oder °K

V

Volumen des beim DruckP adsorbierten Gases cm3

Vm

Volumen einer einmolekularen Schicht des adsorbierten Gases cm3

Q1

Adsorptionswärme der ersten Moleküllage cal·Mol−1

QL

latente Wärme der Verdampfung cal·Mol−1

W

zu irgendeiner Zeit kondensierter Dampf g·cm−3

Wfr

freier Dampf g·cm−3

α

2 πr

λ

Wellenlänge cm

\(\bar \lambda \)

mittlere Wellenlänge eines Frequenzbandes cm

ε

freier Dampf (in der Mischwolkentheorie) g·cm−3

ρi

Dichte des Stoffesi g·cm−3

σi/j

Oberflächenspannung des Stoffesi gegen den Stoffj dyn·cm−1

Summary

The author describes experiments with mixed cloud and expansion chambers for the examination of the activity of Aitken nuclei and compares them with the theory ofH. Köhler andChr. Junge. He states that a supersaturation of about half a percent is sufficient to actuate most of the nuclei counted by means of an Aitken nucleus counter with an increase of volume of 25%. Since this theory requires a considerably higher supersaturation for actuating all Aitken nuclei, a correspondence between theory and results of measurements could not be found.

Further-on it could be demonstrated that with adiabatic expansion the released water vapour combines with the nuclei in approximately 100 millisec to such an extent that possibly not yet condensed free vapour is not detectable. This reaction is in first approximation independent of the expansion speed; with very rapid expansion the cloud is already traceable after 1–2 millisec. The extremely high speed of the condensation makes it probable that the supersaturations of the free atmosphere do not exceed 1‰, so that in the formation of natural clouds only that group is involved which is already actuated with such small supersaturation. The results of the experiments lead to the assumption that, contrary to the conception hitherto generally recognized, a very large quantity of the Aitken nuclei belongs to this highly active group of nuclei.

Résumé

L'auteur décrit des expériences faites au moyen de chambres d'expansion et de nuages de turbulence, expériences destinées à déterminer l'activité des noyaux d'Aitken. Le résultat en est alors comparé à la théorie deH. Köhler et deChr. Junge. Au cours des dites expériences, on a constaté qu'une sursaturation de 0,5% environ suffisait pour rendre visible la plus grande partie de tous les noyaux pouvant être décomptés par un compteur de noyaux d'Aitken dans le cas d'une augmentation de volume de 25%. Comme la dite théorie réclame une sursaturation notablement supérieure pour permettre de dénombrer la totalité des noyaux d'Aitken, il est impossible d'établir un parallèle entre la théorie et le résultat des mesures.

L'expérience démontre en outre qu'après 100 millisecondes la vapeur d'eau libérée en cas d'expansion adiabatique est déjà à tel point absorbée par les noyaux que celle qui pourrait ne pas s'être encore condensée échappe à la mesure. Ce comportement est, à la première approximation près, indépendant de la vitesse d'expansion. Si cette dernière est très rapide, on peut déjà constater la présence du nuage après 1 à 2 millisecondes. La rapidité extraordinaire avec laquelle la condensation se produit laisse à penser que, dans l'atmosphère libre, la sursaturation ne dépasse guère 1‰. Dans la formation des nuages naturels, le groupe de noyaux qui sont actifs par une aussi faible sursaturation entre seul en cause. Sur la base des dites expériences, on peut facilement admettre que, contrairement à ce qui était reconnu jusqu'ici, une très grande partie des noyaux d'Aitken se range dans ce groupe des noyaux hautement actifs.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1962

Authors and Affiliations

  • Georg Gotsch
    • 1
  1. 1.Osservatorio Ticinese della Centrale Meteorologica SvizzeraLocarno-Monti

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