작지만 위험함: 새로운 연구에 따르면 오염된 기포가 터지면서 생성되는 에어로졸은 예상보다 훨씬 작습니다.

새로운 연구에 따르면 오염된 거품이 터지면서 생성된 에어로졸은 예상보다 훨씬 작습니다.

에 의해:앰버 로즈

차가운 탄산수.

해변에 파도가 부서지고 있습니다.

모닥불의 딱딱거리는 소리.

주전자에서 증기.

이는 편안한 주말을 보낼 뿐만 아니라 우리 환경에 존재하는 에어로졸의 원천이기도 합니다. 이러한 에어로졸 소스 중 일부는 크게 문제가 되지 않지만, 폐수 처리장과 같은 산업 소스와 바다 물보라 및 먼지와 같은 자연 소스에서 발생하는 에어로졸은 환경에 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 환경, 심지어 공중 보건까지.

에어로졸은 공기 중에 부유하는 액체 방울 또는 미세한 고체 입자의 현탁액입니다. 에어로졸은 다양한 방법으로 생성되지만 가장 중요한 원인 중 하나는 액체와 공기 사이의 경계면에서 기포가 터지는 것입니다. 대부분의 이전 연구는 오염된 인터페이스가 더 널리 퍼져 있음에도 불구하고 "깨끗한" 버블에 중점을 두었습니다.

일리노이 대학교 어바나-샴페인 기계과학 및 공학 조교수인 Jie Feng과 대학원생인 Zhengyu Yang의 새로운 연구에 따르면 얇은 오일 층으로 코팅된 거품이 터지면 더 작은 크기의 방울이 생성되고 전체 방울 수는 더 많아지며 한 번의 속도로 방출된다는 사실이 밝혀졌습니다. 깨끗한 물에서 생성되는 거품에 비해 속도가 더 빠릅니다. 이 연구는 "오일 코팅된 기포 파열에서 향상된 단일 제트 형성"이라는 제목으로 최근 Nature Physics에 게재되었습니다.

에어로졸은 우리 환경 어디에나 존재하며 자연적으로 발생하거나 인위적으로 발생할 수 있습니다. 기포를 터뜨리는 에어로졸은 액체 경계면을 통해 질량을 전달하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 바다 물보라 에어로졸은 주로 바다 표면에서 거품이 터지면서 생성됩니다. 거품이 터지면서 생성되는 물방울은 대기 오염, 지구 기후, 심지어 전염병 전염에도 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 물방울의 중요한 매개변수 중 하나는 크기입니다. 대기 중 체류 시간과 이동을 나타내기 때문입니다. 작은 물방울은 바람에 의해 더 쉽게 들어 올려 훨씬 더 멀리 이동할 수 있습니다.

"우리는 어디에서나 물을 오염시켰습니다. 거품이 더 깊은 물에서 표면으로 올라오면 오염 물질을 모아 주변에 유기물 층을 형성합니다. 우리는 이것을 오염된 거품이라고 부릅니다. 표면에 도달하여 터지면 실제로 이러한 거품을 에어로졸화할 수 있습니다. 오염물질을 작은 물방울로 분해합니다."

— MechSE 조교수 Jie Feng

Feng과 Yang은 오염된 기포에 대한 모델 시스템으로서 얇은 기름층이 기포 파열에 미치는 영향을 조사했습니다. 수성 표면에서 밀리미터 크기의 거품이 터지면 일반적인 크기가 약 100마이크로미터(μm)인 방울이 생성됩니다(일반적인 사람의 머리카락은 약 100~200μm임). 이번 연구에서 그들은 터지는 기포가 얇은 기름 층으로 코팅되면 방울이 몇 μm만큼 작을 수 있다는 것을 발견했습니다. 또한 베어 버블 파열은 초당 1미터(m/s)의 일반적인 방출 속도로 방울을 생성하는 반면, 오일 코팅 버블 파열은 최대 10m/s의 방출 속도로 방울을 생성합니다. Feng은 "우리 연구의 주요 결론은 오염된 기포의 경우 오염 물질을 미크론 크기의 작은 물방울로 매우 효과적으로 에어로졸화할 수 있다는 것을 발견했다는 것입니다."라고 요약합니다.

폐수 처리장과 같은 산업 환경에서는 오염된 입자가 작아도 공장에서 일하는 작업자에게 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 이러한 환경에서 기포가 터지면 산성 미스트와 바이오에어로졸이 생성될 수 있습니다. 오염된 기포가 크기 분포 및 배출 속도에 미치는 영향을 이해하는 것은 효과적인 개인 보호 장비를 설계하고 해당 시설 근처의 공기 및 수질에 대한 추가 지침을 구현하는 데 중요합니다.

더 넓은 범위에서 에어로졸은 날씨, 기후, 심지어 인간 건강에도 영향을 미칩니다.

양 박사는 “이 작은 물방울은 병원체, 박테리아, 바이러스를 옮길 수 있다”고 말했다. "이러한 작은 에어로졸이 있고 더 높이 분출될 수 있으면 작은 크기와 더 높은 분출 속도로 인해 대기 중에 더 오랫동안 머무를 수 있습니다." 에어로졸의 크기와 구성을 이해하는 것은 글로벌 모델링 노력을 향상시키는 데 중요합니다. 더욱이, 이러한 오염된 방울은 작은 에어로졸이 큰 에어로졸보다 호흡기에 더 깊이 침투할 수 있기 때문에 오염 물질 확산 및 감염의 위험이 더 커질 수 있습니다.