Noen partikler er så store eller har farge som kan sees. Partikler kan være amorfe eller krystallinske, være nåleformete eller runde, ha ladninger og hulrom, eller være uladet og kompakte, ha ru eller glatt overflate. Partiklene kan ha naturlig eller syntetisk opprinnelse. Partikulært materiale kan inneholde karbon, men også metaller, polyaromatiske hydrokarboner og andre kjemiske forbindelser. Partikler kan inngår i kjemiske omdanningsveier i atmosfæren hvor de endrer både form og innhold. Partikler og dråper kolliderer med hverandre, og kan kondensere eller fordampe. Mindre partikler kan holde seg svevende i luft (aerosoler) eller i vann (kolloider) og blir fraktet med konveksjonsstrømmer. Partikler i atmosfære eller vann kan påvirke temperatur og klima via global dimming.
Partikkelmateriale i luft
Partikulært materiale kommer fra forbrenningsreaksjoner (vedfyring, industri, forbrenningsmotorer), skog- og vegetasjonsbrann eller vulkansk aktivitet. De kan finnes som sotpartikler, oljedråper, asfaltstøv, slipestøv, sigarettrøyk, sjørokk, samt sandstøv fra veier eller ørkenområder, som sot eller eksos, kalt svevestøv. Sotpartikler («svart karbon») kan danne aggregater. Dieselmotorer kan gi store mengder sotpartikler, og totaktmotorer kan gi partikler i en oljedamp. Lufttransporterte partikler kan ha forskjellig tetthet og ulike irregulære former (morfologi). Man omdefinerer dem derfor til en idealisert kuleform med en aerodynamisk diameter som gjør at de oppfører seg likt i luften. Det betyr at partikler med samme aerodynamiske diameter kan ha forskjellige størrelse og form (geometri). Ofte er tettheten og formen til partiklene ukjent og man trenger derfor en metode for å kunne beskrive dem. Partiklene inndeles i størrelsesgrupper og innen disse kan man ha en gjennomsnittsstørrelse (median aerodynamisk diameter). Partikler som har annen tetthet en standard tetthet definert 1 g cm-3= 1000 kg m-3) og annen sfærisk form enn en kule vil kunne gi seg utslag i forskjellige aerodynamiske diameter. For partikler som ikke har kuleform vil den fysiske diameteren gi forskjellig mening. Luftstrøm rundt partikler kan beskrives av Knudsentallet (Kn). I en solstråle med skrå vinkel gjennom et vindu kan partiklene i luft et innerom gi diffraksjon (glaukøs) og man observerer dem som dansende rundt i luften.
Det partikulære materiale inngår i kjemiske reaksjoner med gasser (svoveldioksid, nitrogenoksider, ozon), flyktige organiske forbindelser (VOC, «volatile organic compound») med biogen eller antropogen opprinnelse. Svevestøv har så liten diameter at det kan bli inhalert i lungene og gi helseskader som tung pust og astma. Større partikler sedimenteres av tyngdens aksellerasjon og vaskes ut av nedbør i våtavsetninger. Mindre partikler kan flyttes over store avstander med vind og luftstrømmer. Vanndamptrykket (relativ fuktighet), temperatur, vindhastighet, og nedbør kan påvirke partikkelmengden. Urban ugjennomsiktighet skyldes partikler fra biltrafikk, og brun farge kommer fra nitrogenoksider.
Aerosoler er faste partikler eller væskedråper suspendert i atmosfæren. Naturlige aerosoler er tåke, partikulære materiale fra skog, jord og sandstøv. Virus og bakterier kan bli spredd via aerosoler. Størrelsesfordelingen av partikler kan vises i et histogram.
Reynoldstall beskriver hvordan en partikkel oppfører seg i en viskøs væske. Stokes lov beskriver friksjonskreftene på en fast partikkel i en væske, men forutsetter at væske eller luftstrømmen rundt objektet er lik null.Ved inversjoner i kuldeperioder kan det dannes et lokk som stenger partikkelfylt luft inne, for eksempel i Oslo. Mye partikler i atmosfæren kan gi rødfargete solnedganger. Partikler i atmosfæren kan virke som kondensasjonskjerner som deltar i dannelse av skyer som en del av vannsyklus. Noen av dem fungerer også som iskjernedannere.
Partikkelkategorier
PM10 er partikler i luft med aerodynamisk diameter mindre enn 10 mikrometer (µm), en grovfraksjon. En mikrometer (1µm) = 0.001 mm =1000 nanometer= 10-6 meter. Legg merke til at inndelingen av svevestøv er basert på en aerodynamisk diameter.
PM2.5 er partikler med aerodynamisk diameter mindre enn 2.5 µm (2.5∙10-6 m), en finfraksjon. PM1 er partikler har aerodynamisk diameter mindre enn 1 µm,. PM0.1 har partikkeldiameter mindre enn 0.1 µm (=100 nanometer, nm) og kalle ultrafine partikler.
Partikler i gruppe PM10 kan nå bronkiolene, PM2.5 kan komme ned i alveoli. PM01 ultrafine kan komme inn i indre organer. Mengden nanopartikler i luft kan variere fra 102 til 107 partikler per kubikkcentimeter (cm3). Veitunneler, reaksjon mellom bildekk og asfalt, partikler fra dieselmotoer 20-150 nm, søppelforbrenning gir alle partikulært materiale. Nanopartikler har fysisk diameter mindre enn 100 nanometer. Utvikling av nanoteknologi kan medføre utslipp av nanopartikler til atmosfæren og til vann. Inndelingen kan også være mer spesifikk: PM2.5 (0.12-2.5 µm), PM2.5-10 (2.5-10 µm), PM1-2.5 (1-2.5 µm), PM>10 (>10 µm).
Bioaerosoler
I blomstringstiden for vindpollinerte (anemofili) løvtrær (or, hassel, bjerk) og planter (e.g. burot) er pollen en del av bioaerosoler i luften. Pollen, ofte i form av en ellipsoide, har en geometrisk diameter fra 10-80 µm og er så store at de har forholdsvis kort oppholdstid i luften. Den aerodynamiske diameter til pollen er i størrelsesorden 20-60% lavere enn den geometriske. Under noen betingelser kan cytoplasmamateriale og andre deler av pollenkornet gi mindre partikler og fragmenter (subpollenpartikler) som har lavere synkehastighet. Subpollenpartikler kan også inneholde allergener. Soppsporer (sporer og konidier) har geometrisk diameter som varierer fra 1-100 µm vanligvis mindre enn 10 µm og danner sammen med hyfefragmenter en fraksjon av bioaerosoler. Soppsprer kan inneholde allergener eller mykotoksiner. Barskog (gran og furu) produserer store mengder pollen om våren, men disse gir ikke allergi. Luftsekkene på bartrepollen bidrar at de kan fraktes over større avstand via konveksjon. Konveksjon av vind som gir turbulente luftstrømmer og av stigende luftstrømmer grunnet temperaturforskjeller. Stokes lov angir størrelsesorden for synkehastigheten for pollen. Varme sommerdager kan barskog danne partikler i bioaerosoler dannet fra isoprenforbindelser, blant annet terpenoider. Bioaerosoler kan også inne små frø, sporer fra karsporeplanter, algesporer, bakteriesporer, små insekter og edderkoppdyr.
Aerodynamisk diameter
Aerodynamiske diameter da er gitt ved:
\(\displaystyle d_a = \sqrt \frac{18 \eta v_{ts}}{\rho_0 g}\)
Terminal hastighet til partikler som synker i stille luft hvor man ser bort fra oppdrift (oppovervirkende krefter) er vts. Hvor g er tyngdens aksellerasjon, eta (η) er en viskositetskoeffisient for luft. Standard tetthet rho null (ρ0)= 1 g/cm3 lik tettheten til vann, og ρp er tettheten til partikkelen. Når partikkelen faller blir dragkreftene (Fd) lik gravitasjonskreftene (mg) og partiklen får terminal hastighet vts.
Terminal hastighet vts blir:
\(\displaystyle v_{ts}= \frac{d_a^2 \rho_0 g}{18 \eta}\)
For eksempel terminal avsetningshastighet for en partikkel med aerodynamisk diameter 1 µm (10-6 m): 0.3 µm/s hvor g er 9.81 m s-2, dynamisk viskositet ( η) 1.822∙10-5 Pa s (20oC).
\(\displaystyle v_{ts}= {\frac{(1\cdot10^{-6} )^2 \cdot 10^3 \cdot 9.81 }{18 \cdot 1.822 \cdot 10^{-5}}= 2.99 \cdot 10^{-5} \: m s^{-1} \approx 0.3 \;\mu m\; s^{-1}} \; \)
En partikkel med aerodynamisk diameter 2.5 µm får avsetningshastighet ca. 0.2 mm s-1.
Partikkelmateriale i vann
Partikler suspendert i vann synker under påvirkning av tyngekraften. Detritus er dødt organisk partikulært materiale oppløst i vann. Avsettes i form av marin snø i havvann. Detritus blir nedbrutt av mikroorganismer (bakterier, sopp), eller spist detritivore