Light Scattering From Micrometric Mineral Dust and Aggregate Particles: Effects of Structure and Shape Applied to Paleoclimate Studies

پراکندگی نور از ذرات در محدوده اندازه نانومتریک و میکرومتری در چندین زمینه تحقیقاتی، مانند علم آئروسل و فناوری نانو، مرتبط است. در بسیاری از کاربردها، توصیف خواص نوری ذرات غیر کروی و ناهمگن هنوز ناکافی است یا به محاسبات عددی نیاز دارد. پراکندگی Lorenz–Mie و تقریب‌های متوسط ​​موثر در حال حاضر ابزارهای نظری اصلی برای مدل‌سازی چنین ذرات را نشان می‌دهند، اما اثربخشی آنها اخیراً زیر سؤال رفته است.
این کار به بررسی چگونگی تأثیر مورفولوژی یک ذره بر پارامترهای پراکندگی آن از دیدگاه تجربی می‌پردازد. پشتیبانی از یافته ها با شبیه سازی های گسترده محتوای گرد و غبار هسته های یخی قطب جنوب، گرینلند و آلپ با رویکرد ذره به ذره تجزیه و تحلیل می شود. علاوه بر این، یک مطالعه بر روی سنگدانه‌های کلوئیدی نشان می‌دهد که همبستگی بین میدان‌های تابش شده توسط ذرات اولیه مسئول تطابق ضعیف تقریب‌های محیط موثر با نتایج تجربی است. در بخش نظری، تفسیری بر حسب عامل ساختار ارائه شده است که داده ها را به طور رضایت بخشی توصیف می کند. بینش این پایان نامه برای تعیین کمیت سهم غبار معدنی در تعادل انرژی تابشی زمین مرتبط است.

Light scattering from particles in the nanometric and micrometric size range is relevant in several research fields, such as aerosol science and nanotechnology. In many applications, the description of the optical properties of non-spherical, inhomogeneous particles is still inadequate or requires demanding numerical calculations. Lorenz–Mie scattering and effective medium approximations represent currently the main theoretical tools to model such particles, but their effectiveness has been recently called into question.
This work examines how the morphology of a particle affects its scattering parameters from an experimental standpoint, supporting findings with extensive simulations. The dust content of Antarctic, Greenlandic, and Alpine ice cores is analysed with a particle-by-particle approach. Moreover, a study on colloidal aggregates shows that correlations among the fields radiated by primary particles are responsible for the poor agreement of effective medium approximations with experimental results. On the theoretical side, an interpretation in terms of the structure factor is given, which satisfactorily describes the data. The insights of this thesis are relevant for quantifying the contribution of mineral dust to the radiative energy balance of the Earth.