Aerosoller, hem doğal hem de insan yapımı kaynaklara sahip olabilen, havada asılı duran küçük parçacıklardır. Atmosferimizde, iklimi, hava kalitesini ve insan sağlığını etkileyerek çok önemli bir rol oynarlar.
Soğuk, maden suyu. Sahile vuran dalgalar. Bir şenlik ateşinin çıtırtısı. Su ısıtıcısından çıkan buhar.
Bu faktörler yalnızca rahatlatıcı bir hafta sonu geçirmenize katkıda bulunmaz, aynı zamanda çevremizdeki aerosolleri de artırır. Bazı aerosol kaynakları önemli bir zarara yol açmayabilirken, endüstriyel tesislerden kaynaklananlar veya hatta deniz spreyi ve toz gibi doğal kaynaklar gibi diğerleri hem çevre hem de halk sağlığı üzerinde daha önemli bir etkiye sahip olabilir.
Bir aerosol, havada asılı duran küçük sıvı damlacıkları veya ince katı parçacıkları ifade eder. Aerosoller çeşitli yollarla oluşturulabilse de, en önemli kaynaklardan biri sıvı ile hava arasındaki sınırda kabarcıkların patlamasıdır. Kirlenmiş arayüzlerin daha yaygın olmasına rağmen, önceki araştırmalar öncelikle “temiz” baloncuklara odaklanmıştı.
Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Makine Bilimi ve Mühendisliği yardımcı doçenti Jie Feng ve yüksek lisans öğrencisi Zhengyu Yang’ın yaptığı yeni araştırma, şunu gösterdi: ince bir yağ tabakasıyla kaplanan patlayan kabarcıklar, temiz suda oluşan kabarcıklara kıyasla daha küçük boyutlu, toplam damla sayısı daha fazla olan ve daha yüksek bir hızda püskürtülen damlalar üretir. Araştırma yakın zamanda Nature Physics’te yayınlandı.
Yağ kaplı balon patlaması (solda) ile çıplak balon patlamasının karşılaştırması (sağda). Kredi: The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
Aerosoller çevremizde oldukça yaygındır ve doğal ya da insan kaynaklı olabilirler. Kabarcık patlatan aerosoller, kütlenin sıvı arayüzler boyunca transferinde önemli bir rol oynar. Örneğin deniz spreyi aerosolleri, öncelikle okyanus yüzeyinde kabarcık patlamasıyla üretilir. Baloncuk patlamasından üretilen damlalar hava kirliliğini, küresel iklimi ve hatta bulaşıcı hastalıkların bulaşmasını etkileyebilir. Bu damlacıkların önemli bir parametresi boyutlarıdır, çünkü bu, atmosferde kalış sürelerini ve taşınma sürelerini gösterir. Küçük damlacıklar rüzgarlar tarafından daha kolay kaldırılır ve çok daha uzağa gidebilir.
Feng, “Kirli suyumuz var” diyor. her yer. Kabarcık daha derin sudan yüzeye yükseldiğinde, kirleticileri toplayacak ve çevresinde organik bir tabaka oluşturacaktır. Buna kirli balon diyoruz. Yüzeye ulaşıp patladığında, bu kirleticileri küçük damlacıklar halinde aerosol haline getirebilir.”
Feng ve Yang, kirlenmiş baloncuklar için model bir sistem olarak ince bir yağ tabakasının patlayan baloncuklar üzerindeki etkisini araştırdı. Sulu bir yüzeyde milimetre büyüklüğünde çıplak bir baloncuğun patlaması, yaklaşık 100 mikrometre (µm) boyutunda tipik bir damla üretir (tipik bir insan saçı yaklaşık 100-200 µm’dir). Bu çalışmada, patlayan kabarcık ince bir yağ tabakasıyla kaplandığında damlaların birkaç µm kadar küçük olabileceğini buldular. Ek olarak, çıplak kabarcık patlatma, saniyede 1 metre (m/s) tipik bir fırlatma hızına sahip damlalar üretirken, yağ kaplı balon patlatma, 10 m/s kadar büyük bir fırlatma hızına sahip damlalar üretir. Feng şöyle özetliyor: “Çalışmamızın ana sonucu, bu kirlenmiş kabarcıkların, kirleticileri mikron boyutunda damlacıklar halinde oldukça etkili bir şekilde aerosol haline getirebildiklerini bulduk.”
Atık su arıtma tesisi gibi endüstriyel bir ortamda, daha küçük kontamine damlalar, tesiste çalışanlar için önemli bir risk oluşturabilir. Bu ortamlarda patlayan baloncuklar asidik buğular ve biyoaerosoller oluşturabilir. Kirlenmiş kabarcıkların boyut dağılımı ve püskürtme hızları üzerindeki etkisini anlamak, etkili kişisel koruyucu ekipman tasarlamak ve bu tür tesislerin yakınında hava ve su kalitesine ilişkin ek yönergeler uygulamak için çok önemlidir.
Daha geniş bir ölçekte, aerosollerin hava durumu üzerinde etkisi vardır. , iklim ve hatta insan sağlığı.
Yang, “Bu damlacıklar patojenleri, bakterileri ve virüsleri taşıyabilir” dedi. “Bu küçük aerosollere sahip olduğunuzda ve daha yüksekten püskürtülebildiklerinde, küçük boyut ve daha yüksek püskürtme hızı, atmosferde daha uzun süre kalmalarına yardımcı olabilir.” Aerosollerin boyutunu ve bileşimini anlamak, küresel modelleme çabalarını geliştirmek için önemlidir. Ayrıca, bu kontamine damlalar, daha küçük aerosoller solunum yolunda daha büyük aerosollere göre daha fazla nüfuz edebildiğinden, kirletici maddenin yayılması ve enfeksiyon açısından daha büyük bir risk oluşturabilir.
Referans: “Yağ kaplı ortamlarda gelişmiş tekil jet oluşumu kabarcık patlaması”, Zhengyu Yang, Bingqiang Ji, Jesse T. Ault ve Jie Feng, 23 Şubat 2023, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-023-01958-z