污染扩散的坏消息

一杯冰凉的苏打水。

海浪拍打着海滩。

篝火的噼啪声

水壶里的蒸汽。

这些不仅是一个轻松周末的材料，也是我们环境中气溶胶的来源。虽然其中一些气溶胶来源不太令人担忧，但来自废水处理厂等工业来源的气溶胶，甚至来自海沫和灰尘等自然来源的气溶胶，都有能力对环境甚至公众健康产生更大的影响。

气溶胶是悬浮在空气中的液滴或细小固体颗粒的悬浮物。虽然产生气溶胶的方式有很多，但最重要的来源之一是液体和空气界面上气泡的破裂。尽管受污染的界面更为普遍，但之前的大多数研究都集中在“清洁”气泡上。

伊利诺伊大学香槟分校机械科学与工程助理教授冯杰(Jie Feng)和研究生杨正宇(Zhengyu Yang)的一项新研究表明，与清洁水中产生的气泡相比，被薄油层包裹的气泡破裂产生的气泡尺寸更小，整体数量更多，喷射速度更快。本研究为“油包气泡破裂中增强的奇异射流形成”最近出版的在自然物理．

气溶胶在我们的环境中无处不在，它们可以是天然的，也可以是人为的。气泡破裂气溶胶在液体界面的质量传递中起着关键作用。例如，海雾气溶胶主要是由海洋表面的气泡破裂产生的。气泡破裂产生的液滴可以影响空气污染、全球气候，甚至传染性疾病的传播。这些液滴的一个重要参数是它们的大小，因为这表明了它们在大气中的停留时间和运输——小液滴更容易被风吹起，可以飞得更远。

冯说:“我们到处都有被污染的水。当气泡从更深的水中上升到水面时，它会收集污染物，并在其周围形成一层有机层。我们称之为被污染的气泡。当它到达表面并爆炸时，它实际上可以将这些污染物雾化成小液滴。”

冯和杨研究了一层薄油对气泡破裂的影响，作为受污染气泡的模型系统。一个毫米大小的裸露气泡在水表面的破裂产生的液滴大小通常在100微米(微米)左右(一根典型的人类头发大约在100-200微米)。在这项工作中，他们发现当破裂的气泡被一层薄薄的油覆盖时，液滴可以小到几微米。另外，裸泡破裂产生的液滴喷射速度一般为1m /s，而涂油泡破裂产生的液滴喷射速度高达10m /s。冯总结道:“我们工作的主要结论是，我们发现，对于这些受污染的气泡，它们可以相当有效地将污染物雾化成微米大小的液滴。”

在污水处理厂这样的工业环境中，较小的污染液滴可能会对工厂里的工作人员构成重大风险。气泡在这些环境中破裂可能会产生酸性雾和生物气溶胶。了解受污染气泡对尺寸分布和喷射速度的影响对于设计有效的个人防护装备和实施此类设施附近的空气和水质量附加指南至关重要。

在更广泛的范围内，气溶胶对天气、气候甚至人类健康都有影响。

“这些飞沫可以携带病原体、细菌和病毒，”杨说。“当你有这些小的气溶胶时，它们可以喷射得更高，小尺寸和更高的喷射速度可以帮助它们在大气中停留更长的时间。”了解气溶胶的大小和组成对改进全球建模工作很重要。此外，这些被污染的液滴可能造成更大的污染物传播和感染风险，因为较小的气溶胶能够比较大的气溶胶在呼吸道中渗透得更远。

参考:杨震，季斌，冯杰。油包泡破裂过程中奇异射流的增强。Nat phy．2023.doi:10.1038 / s41567 - 023 - 01958 - z

本文已从以下地方重新发布材料．注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。