Cuprins

Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.

Extras din document

Cuprins
Introducere... 1
Capitolul I Radioactivitatea cosmogenica......... .4
1.1.Radiatia corpusculara...... 4
1.2.Atasarea Be7 de particulele de aerosol ... 6
1.3.Radioactivitatea cosmogenica in rezervoarele geosferei............12
1.4.Metode de determinare a concentratiei de Be7........17
Capitolul II Difuzia Be7 in atmosfera.19
2.1.Ecuatia generala de difuzie............ 19
2.2.Ecuatia de difuzie a Be7 . 24
2.3.Parametrizarile utilizate. 26
2.3.1.Depunerea umeda.......26
2.3.2.Depunerea uscata...... 29
2.3.3.Transportul turbulent vertical........31
2.3.4.Sedimentarea gravitationala .......33
2.3.5.Schimbul de masa dintre stratosfera si troposfera...... ......34
2.4.Rezolvarea numerica a ecuatiei de difuzie a Be7 ... 35
Capitolul III Rezultatele modelului.. 39
3.1.Parametrizarile utilizate... 40
3.2.Rezultate si discutii privind folosirea modelului MUDBe7........44
3.3.Validarea modelului......... ......49
3.3.1.Comparatia rezultatelor modelului cu valori medii anuale
masurate ...51
3.3.2.Comparatia rezultatelor modelului cu valori medii lunare masurate......... .54
Concluzii............59
Bibliografie.........63
1

Alte date

?

INTRODUCERE

Atmosfera Pamantului, invelisul gazos al acestuia, este un sistem deschis ce schimba caldura si substanta atat cu suprafata Pamantului, cat si cu spatiul interplanetar. Din punct de vedere al studiului izotopilor radioactivi produsi de interactia radiatiilor cosmice cu moleculele de aer, este importanta numai patrunderea in atmosfera a radiatiei corpusculare. Radiatia corpusculara incidenta la suprafata atmosferei este compusa din particule incarcate, in principal, protoni si particule ?, de origine galactica. Aceasta radiatie ajunge la partea superioara a atmosferei ca un fascicul izotrop si omogen, ce variaza in timp in functie de interactia sa cu particulele emise de Soare in timpul exploziilor solare.

Particulele incarcate ce formeaza radiatia cosmica incidenta interactioneaza cu campul magnetic al Pamantului si patrund in atmosfera, in cea mai mare parte, la poli. Particulele cu energii mari pot patrunde in atmosfera si la Ecuator. Ca urmare a interactiei acestor particule cu moleculele de aer se genereaza izotopi radioactivi de origine cosmogenica avand sursa uniform distribuita pe longitudine, cu un gradient in directie N-S si cu o variatie temporala cu o perioada de 11 ani, corespunzatoare ciclulului petelor solare.

Radionuclizii cosmogenici au timpi de injumatatire ce variaza de la cateva minute la cateva milioane de ani. Ei pot fi gasiti in toate componentele geosferei, ocean, sedimente, biosfera, calota de gheata, etc., chiar daca se produc cu precadere in atmosfera.

Acesti radionuclizi se ataseaza rapid de particulele de aerosol, dinamica lor in atmosfera fiind cea a aerosolilor. Principalul mecanism de eliminare a aerosolilor din atmosfera, respectiv a izotopilor produsi de radiatia cosmica, si modalitatea de patrundere in alte rezervoare geofizice, il constituie antrenarea prin precipitatii.

Interesul pentru studiul radioactivitatii naturale cosmogenice s-a nascut odata cu dezvoltarea tehnicilor de detectie a radioactivitatii scazute. Cantitatea de substanta bombardata de radiatia cosmica si care genereaza nuclee radioactive prin reactii de fragmentare este extrem de diluata in aerul atmosferic. Anii 1950-1960 marcheaza inceputul studiului si al masuratorilor radiatiei cosmice si a interactiei acesteia cu moleculele de aer. In lucrari ca Cruikshank et al. (1956), Lal (1963), Lal & Peters (1962, 1967), Junge et al. (1961), Junge (1963) este determinata functia sursa a acestor radionuclizi in atmosfera si dependenta ei de latitudine si altitudine.

Tot in aceasta perioada a inceput utilizarea acestor izotopi ca trasori in studiul diferitelor procese geofizice.. In studiul proceselor din atmosfera se utilizeaza ca trasor Be7. Acesta are un timp de injumatatire de 53 de zile, comparabil cu scara de timp a proceselor din atmosfera, este continut in cea mai mare parte in atmosfera si este usor de detectat deoarece se dezintegreaza prin emisie de radiatie ?. Dintre lucrarile care utilizeaza Be7 in studiul precipitatiilor si al circulatiei statosferice se numara si Davidson et al. (1966), Seitz et al. (1968) si Bhandari et al. (1966).

Be7, ca si ceilalti izotopi cosmogenici, se ataseaza rapid pe particulele de aerosol astfel ca Be7 este potrivit ca trasor in studiul dinamicii aerosolului atmosferic si, in special, la determinarea timpilor de rezidenta a aerosolilor in atmosfera Mai recent interesul utilizarii Be7 ca trasor in atmosfera s-a concentrat in doua directii: a) studiul variabilitatii concentratiei de Be7 la sol si utilizarea lui ca indicator al schimbului de masa dintre stratosfera si troposfera si b) testarea schemelor de parametrizare a precipitatiilor in modelele de circulatie generala.

a) Studiul variabilitatii spatio-temporale a concentratiei Be7 in aer a fost posibil numai din anii 1980. Studiile de variabilitate climatica utilizeaza metode statistice si necesita siruri de valori masurate sau modelate mai lungi de 20 de ani. Una dintre primele lucrari de acest fel este Feely et al. (1988). Concluzia acestei lucrari este ca valoarea concentratiei Be7 la sol este influentata de patru procese: precipitatiile, transportul turbulent vertical, advectia in directia meridianala si schimbul de masa dintre stratosfera si troposfera, la fiecare statie si pentru fiecare anotimp unul dintre acestea fiind mai important.

b) Una din problemele modelelor de circulatie generala a atmosferei o constituie parametrizarea precipitatiilor. Deoarece concentratia Be7 la sol depinde puternic de precipitatii, din anii 1990 acesta este utilizat pentru testarea schemelor de parametrizare a precipitatiilor prin realizeazarea unui model de difuzie a Be7 in atmosfea ce utilizeaza campuri ale parametrilor atmosferei generati de un model de circulatie generala. Compararea valorilor concentratiei Be7 modelate cu cele masurate la diferite latitudini poate da informatii despre estimarea cantitatii de precipitatii si a extinderii sistemelor noroase simulate de modelul de circulatie generala.

Masuratorile de radioactivitate a mediului sunt mai costisitoare si nu se efectueaza la atat de multe statii ca si masuratorile parametrilor meteorologici. Utilizarea profilului vertical al temperaturii si a cantitatii de precipitatii masurate, permite calcularea timpului de rezidenta al aerosolilor cu multa exactitate (Talpos & Cuculeanu, 1997-2) cu modelul realizat in aceasta lucrare.

. Din aceasta analiza rezulta ca valorile concentratiei Be7 la sol au variabilitate spatiala latitudinala determinata de variatia latitudinala a sursei si a cantitatii de precipitatii si ca in proportie de minim 18% variabilitatea temporala este determinata de variatia temporala a sursei. Corelatia dintre concentratia Be7 la sol si cantitatea de precipitatii a pus in evidenta scaderea acesteia de la ecuator spre poli si dependenta ei de anotimp.

Capitolul I. Radioactivitatea cosmogenica

Radionuclizii cosmogenici se ataseaza de particulele de aerosol asa incat studiul dinamicii lor in atmosfera presupune cunoasterea dinamicii aerosolului atmosferic.

Prin particule de aerosol se intelege, in Fizica Atmosferei si Meteorologie, particulele fine, solide sau lichide (mai putin hidrometeorii) aflate in suspensie in aerul atmosferic.

Radionuclizii cosmogenici au timpi de injumatatire ce variaza de la cateva minute la cateva milioane de ani. Ei pot fi gasiti in toate componentele geosferei, ocean, sedimente, biosfera, calota de gheata, etc. chiar daca se produc cu precadere in atmosfera.

1.1. Radiatia corpusculara

Atmosfera Pamantului, invelisul gazos al acestuia, este un sistem deschis ce schimba caldura si substanta atat cu suprafata Pamantului, cat si cu spatiul interplanetar. Din punct de vedere al studiului izotopilor radioactivi produsi de interactia radiatiilor cosmice cu moleculele de aer, este importanta numai patrunderea in atmosfera a radiatiei corpusculare. Radiatia corpusculara incidenta la suprafata atmosferei este compusa din particule incarcate, in principal, protoni si particule ?, de origine galactica. Aceasta radiatie ajunge la partea superioara a atmosferei ca un fascicul izotrop si omogen, ce variaza in timp in functie de interactia sa cu particulele emise de Soare in timpul exploziilor solare.

Particulele incarcate ce formeaza radiatia cosmica incidenta interactioneaza cu campul magnetic al Pamantului si patrund in atmosfera, in cea mai mare parte, la poli. Particulele cu energii mari pot patrunde in atmosfera si la Ecuator. Ca urmare a

interactiei acestor particule cu moleculele de aer se genereaza izotopi radioactivi de origine cosmogenica avand sursa uniform distribuita pe longitudine, cu un gradient in directie N-S si cu o variatie temporala cu o perioada de 11 ani, corespunzatoare ciclulului petelor solare.

Prin radiatie cosmica se va intelege numai acea parte a radiatiei corpusculare incidente cu energii suficient de mari pentru a produce reactii nucleare, adica particule cu energii mai mari de cativa zeci de MeV/nucleon.

Tabelul 1.1 (Lal & Peters, 1967) cuprinde radionuclizii produsi in atmosfera de radiatia cosmica cu timpul de injumatatire mai mare de o zi. Acelasi tabel cuprinde timpii de injumatatire ai acestora, tipul de radiatie pe care o emit si principalele nuclee tinta ce conduc la aparitia lor. Tabelul nu cuprinde radionuclizii cosmogenici detectati, dar cu timp de injumatatire mai mic de o zi: 28Mg (21h), 24Na (15h), 38S (2,9h), 31S (2,6h), 39Cl (1h), 38Cl (37m), 32Cl (32m). Datorita timpului mic de injumatatire, aplicatiile lor in geofizica se limiteaza la studiul turbulentei si a mecanismelor de spalare din troposfera joasa.

Tabel 1.1 Izotopii produsi de radiatia cosmica in atmosfera (Lal & Peters, 1967)

Izotop

Timp de injumatatire

Principala radiatie emisa

Pricipalele nuclee tinta

3He

Stabil

-