麻省理工学院学习显示降雨释放了气溶胶的影响

在多孔介质上滴落后的气溶胶产生是三步过程，由气泡形成，泡沫生长和泡沫破裂组成。

麻省理工学院科学家使用高速相机来证明当雨滴击中表面时，它会在接触点处捕获微小的气泡并将气溶胶释放到环境中。

在轻微的雨后，有没有注意到空气中的泥土气味？现在，麻省理工学院的科学家认为他们可能已经确定了将这种香气以及其他气溶胶释放到环境中的机制。

使用高速摄像机，研究人员观察到，当雨滴撞到多孔表面时，它会在接触点捕获微小的气泡。如在一杯香槟，那么气泡向上射击，最终从炎热的气溶胶中爆发。

该团队还能够根据雨滴的速度和接触表面的渗透率来预测释放的气溶胶量。

研究人员怀疑在自然环境中，气溶胶可以携带芳香素，以及储存在土壤中的细菌和病毒。这些气溶胶可能在轻微或中等降雨期间释放，然后通过风调速。

“每天都会发生雨 - 现在在世界某个地方下雨，”麻省理工学院机械工程助理教授Cullen R. Buie说。“这是一个非常普遍的现象，并且有趣的是，我们之前没有人观察到这种机制。”

扬声器joung是Buie的实验室的Postdoc，现在已经确定了该组织已经确定了雨滴引起的气溶胶产生机制，结果可能有助于解释某些土壤疾病如何传播。

“到目前为止，人们不知道气溶胶可以从土壤上的雨滴产生，”Joung说。“这一发现应该是未来的工作，照明土壤和其他天然材料内存的微生物和化学品的良好参考，以及如何在环境中交付，并且可能对人类提供。”

Buie和Joung本周在“自然通信”期刊上发表了他们的结果。

MIT研究人员捕获的高速素材显示了降雨量如何将气溶胶释放到环境中，蔓延芳香元素，以及储存在土壤中的细菌和病毒。视频：Melanie Gonick / MIT（高速镜头礼貌Yenthsoo Joung）

捕获一个狂热，以微秒为单位

Buie和Joung在28种类型的表面上进行了大约600个实验：12个工程材料和16种土壤样品。除了获取商业土壤外，Joung在麻省理工学院的校园和查尔斯河周围采样的土壤。他还从马萨诸塞州的Nahant的Nahant Beach收集了桑迪土壤。

在实验室中，研究人员通过首先将材料倒入长管中，然后将水倒入每个管的底部并测量水通过土壤升高的速度。这种毛细血管上升速度越快，土壤越渗透。

在单独的实验中，团队在每个表面上沉积单滴水，通过调节释放滴的高度来模拟各种降雨量。液滴释放越高，其最终速度越快。

Joung和Buie设置了一个高速摄像机系统，以捕获雨滴的影响。它们所产生的图像揭示了先前未检测到的机制：作为雨滴击中表面，它开始变平;同时，微小的气泡从表面上升，并通过液滴，在突出到空气中之前。根据液滴的速度，以及表面的性质，可以分散“疯狂气溶胶”的云。

“疯狂意味着你可以在短时间内生成数百滴气雾滴 - 几微秒，”Joung解释道。“我们发现您可以控制不同多孔介质和影响条件的气溶胶生成的速度。”

从他们的实验中，团队观察到在轻盈和中度的雨中产生更多的气溶胶，而大雨期间释放了较少的气溶胶。

Buie说这​​种机制可以解释Petrichor - 一种现象，其特征在于澳大利亚科学家，因为淡淡的雨后释放的味道。

“他们谈到了植物发出的油，以及细菌的某些化学品，导致这种味道在雨后摔后的雨后，”布莉说。“有趣的是，他们没有讨论嗅觉如何进入空中的机制。我们有一个假设是那种嗅觉来自我们发现的这种机制。“

从地上起来

Buie和Joung进一步看着雨滴速度，表面性质和气溶胶产生的关系，并提出了两个无量纲参数，可用于描述关系：韦伯号码，这是液滴冲击速度的函数和改进的Péclet号码用于对比冲击速度和表面润湿性。

基于他们的计算，研究人员发现，当韦伯和Péclet数字之间的比率平衡时，气溶胶生成最大，而Buie和Joung表示为Washburn-Reynolds号码的比率。当该比率平衡时，雨滴既不太快也不过于慢，表面既不潮湿也不太干燥。

“当中等或轻雨击中桑迪或粘土土壤时，您可以观察大量气溶胶，因为桑迪粘土具有中等润湿性能，”Joung说。“大雨[具有很高]的冲击速度，这意味着没有足够的时间在液滴内制作泡沫。”

波士顿大学机械工程助理教授詹姆斯·伯德说，科学家长期以来，雨滴可以在落水时捕获和释放气溶胶。他说，这篇论文是第一个对土壤表现出这种影响的纸张。

“我对作者解开了基础物理学的范围内容印象深刻，”鸟类说，没有参与研究。“本文的一个方面，我发现最令人兴奋的是它将泡沫诱导的气溶胶形成的对话从海洋到陆地上。来自土壤的微生物在大气中观察到高;本文提供了一种优雅的机制，可以通过这些机制，这些微生物可以通过将它们周围的空气滞留到令人鼓舞可以将它们带到其他地方的地方。“

Joung和研究生Zhifei GE现在正在进行类似的实验，含有含有土壤细菌和病原体如大肠杆菌的表面，观察是否可以通过降雨显着地传播这些污染物。在目前的纸张中，他和Buie在含有荧光染料的某些表面上使用染色液滴进行初始实验。在这些实验中，它们通过显微镜观察到从雨滴中释放的气溶胶含有染料 - 这表明这种气溶胶也可能携带其他污染物，例如土壤类病毒和细菌。

“空气中的气溶胶肯定可能是由这种现象引起的，”布莉说。“也许这不是下雨，而只是一个洒水系统，可以导致土壤中的污染物分散，这可能比你通常期望的更广泛的区域。”

添加joung：“为了防止从大自然传播微生物，我们需要了解确切的机制。在这项工作中，我们提供了一种可能的传输方式。“

出版物：YOUNG SOO Joung＆Cullen R. Buie，“通过雨滴产生土壤的气溶胶产生，”自然通信6，物品编号：6083,2015; DOI：10.1038 / ncomms7083

图像：年轻的Soo Joung.