Piccolo ma pericoloso. I rischi per ambiente, salute e clima degli aerosol in un mondo inquinato

Gli aerosol prodotti dallo scoppio di bolle contaminate sono molto più piccoli del previsto

[3 Aprile 2023]

Un aerosol è una sospensione di goccioline liquide o particelle solide fini sospese nell’aria. Gli aerosol sono abbastanza onnipresenti e possono essere naturali o antropogenici. Gli aerosol che fanno scoppiare bolle svolgono un ruolo chiave nel trasferimento di massa attraverso tra un liquido e l’aria. Ad esempio, gli aerosol degli spruzzi marini sono prodotti principalmente dallo scoppio di bolle sulla superficie dell’oceano. Le gocce prodotte dallo scoppio delle bolle possono avere un impatto sull’inquinamento atmosferico, sul clima globale e persino sulla trasmissione di malattie infettive. Un parametro importante di queste goccioline è la loro dimensione poiché è indicativa del tempo di permanenza e del trasporto nell’atmosfera: gocce piccole vengono sollevate più facilmente dai venti e possono viaggiare molto più lontano. Sebbene alcune di queste fonti di aerosol non destino molta preoccupazione, gli aerosol provenienti da fonti industriali, come gli impianti di trattamento delle acque reflue, e persino da fonti naturali, come spruzzi marini e polvere, hanno la capacità di avere un impatto maggiore sul dell’ambiente e anche della salute pubblica.

Nonostante le interfacce contaminate fossero più diffuse, la maggior parte degli studi precedenti si è concentrata su bolle “pulite” ma lo studio “Enhanced singular jet formation in oil-coated bubble bursting”, pubblicato recentemente su Nature Physics  da Jie Feng, Zhengyu Yang e Bingqiang Ji dell’università dell’Illinois – Urbana e da Jesse Ault della Brown University, ha dimostrato che «Le bolle che scoppiano ricoperte da un sottile strato di olio producono gocce di dimensioni più piccole, un numero complessivo maggiore di gocce e vengono espulse a una maggiore velocità, rispetto alle bolle generate in acqua pulita».

Feng sottolinea: «Abbiamo acqua contaminata ovunque. Quando la bolla sale dall’acqua più profonda alla superficie, raccoglierà contaminanti e formerà uno strato organico attorno ad essa. La chiamiamo bolla contaminata. Quando raggiunge la superficie e scoppia, può effettivamente aerosolizzare questi contaminanti in piccole goccioline».

Come sistema modello per le bolle contaminate, Feng e Yang hanno studiato l’impatto che un sottile strato di petrolio ha sullo scoppio delle bolle e spiegano che «Lo scoppio di una bolla nuda di dimensioni millimetriche su una superficie acquosa produce gocce con una dimensione tipica di circa 100 micrometri (µm) (un normale capello umano è di circa 100-200 µm)».  Lo studio ha scoperto che «Quando la bolla che scoppia è ricoperta da un sottile strato di petrolio, le gocce possono essere piccole fino a pochi µm. Inoltre, lo scoppio di bolle nude produce gocce con una velocità di espulsione tipica di 1 metro al secondo (m/s), mentre lo scoppio di bolle rivestite di petrolio produce gocce con una velocità di espulsione fino a 10 m/s».

Feng riassume: «La conclusione principale del nostro lavoro è che abbiamo scoperto che, per queste bolle contaminate, possono aerosolizzare in modo abbastanza efficace i contaminanti in goccioline di dimensioni micron».

Il team di ricercatori fa notare che «In un ambiente industriale come un impianto di trattamento delle acque reflue, piccole gocce contaminate possono rappresentare un rischio significativo per coloro che lavorano nell’impianto. Lo scoppio di bolle in questi ambienti può produrre nebbie acide e bioaerosol. Comprendere l’effetto delle bolle contaminate sulla distribuzione delle dimensioni e sulle velocità di espulsione è fondamentale per progettare dispositivi di protezione individuale efficaci e implementare ulteriori linee guida sulla qualità dell’aria e dell’acqua vicino a tali strutture».

Su scala più ampia, gli aerosol hanno un effetto sul tempo meteorologico, sul clima e persino sulla salute umana. Yang ricorda che «Queste goccioline possono trasportare agenti patogeni, batteri e virus. Quando si hanno questi piccoli aerosol e possono essere espulsi più in alto, le dimensioni ridotte e la maggiore velocità di espulsione possono aiutarli a rimanere nell’atmosfera più a lungo».

dell’università dell’Illinois – Urbana concludono: «Comprendere le dimensioni e la composizione degli aerosol è importante per migliorare gli sforzi di modellazione globale. Inoltre, queste gocce contaminate possono rappresentare un rischio maggiore di diffusione di sostanze inquinanti e di infezione poiché gli aerosol più piccoli sono in grado di penetrare più a fondo nel tratto respiratorio rispetto agli aerosol più grandi».