Сажа, пыль и микропластик играют в прятки: новая формула раскрыла, как они летают в воздухе
В воздухе, которым мы дышим каждый день, постоянно присутствуют мельчайшие частицы, и далеко не все из них безобидны. Особенно сложно понять, как именно ведут себя в атмосфере наночастицы неправильной формы, которые часто становятся частью загрязнения. Учёные нашли способ точнее рассчитывать их движение без чрезмерных упрощений. Об этом сообщает ScienceDaily.
Почему движение частиц так трудно предсказать
Ежедневно человек вдыхает огромное количество микроскопических примесей. Это может быть сажа, пыльца растений, бытовая пыль, фрагменты пластика, микроорганизмы и искусственно созданные наноматериалы. Некоторые из таких элементов настолько малы, что проникают в глубокие отделы дыхательной системы и способны попадать в кровь.
Особую тревогу у специалистов вызывают аэрозоли, связанные с промышленными выбросами и городским смогом. В этом контексте часто упоминаются мелкодисперсные загрязнители, включая частиц PM2.5, поскольку именно они могут глубоко проникать в лёгкие и влиять на состояние организма.
Почему сферическая модель больше не работает
Долгое время в научных расчётах использовали допущение, что частицы в воздухе имеют сферическую форму. Такой подход удобен: для сферы легко вычислить сопротивление воздуха и траекторию движения. Однако в реальной среде подавляющее большинство частиц выглядит иначе — они могут быть вытянутыми, угловатыми, пластинчатыми или иметь неровную поверхность.
Из-за этого предсказать их перемещение становится гораздо сложнее. Форма напрямую влияет на то, как частица вращается, замедляется и оседает, а значит — как долго она остаётся в воздухе и куда в итоге попадает.
Что предложили учёные из Уорика
Исследователи из Уорикского университета разработали новый метод расчёта движения частиц неправильной формы в воздухе. Для этого они переработали формулу, созданную более ста лет назад, и добавили в неё новый компонент — "тензор корректора". Он расширяет классическое уравнение так, чтобы оно учитывало реальные геометрические особенности частиц.
Подход позволяет рассчитывать траектории твёрдых тел практически любой формы — от шаров до тонких пластинок. При этом модель обходится без сложной подгонки экспериментальных коэффициентов и не требует громоздких вычислений, которые обычно применяются в подобных задачах.
"Это первая модель, позволяющая точно прогнозировать перемещение несферических частиц в воздухе, и поскольку эти наночастицы тесно связаны с загрязнением воздуха и риском развития рака, это важный шаг вперед как для охраны окружающей среды, так и для науки об аэрозолях", — заключают авторы работы.
Почему это важно для экологии и медицины
Новый метод может серьёзно улучшить оценку рисков, связанных с загрязнением атмосферы. Чем точнее учёные понимают, как ведут себя частицы, тем лучше можно прогнозировать их распространение, время нахождения в воздухе и вероятность попадания в организм.
Такие расчёты полезны и в прикладных задачах — например, при разработке фильтров, систем вентиляции и защитных технологий. Кроме того, модель может пригодиться для изучения сложных загрязнителей, включая фрагменты микропластика, которые всё чаще находят не только в воде и почве, но и в воздушной среде.
