То, что мы часто называем «запахом» дождя, на самом деле является комплексом причудливых физико-химических процессов. Начальный озоновый запах, предшествующий грозе, сменяется землистым запахом, известным как «петрихор». Используя высокоскоростную фотографию, инженеры из МТИ раскрыли этот секрет — все дело в шипящих микропузырьках, образуемых в результате падения капель воды на сухую, пористую землю.
Как вы можете увидеть на видео ниже, дождевая капля, ударяясь о землю производит интересное зрелище из ряби. В зависимости от проницаемости и смачиваемости почвы, воздух, который находится между каплей и землей, подхватывает частицы, получившие достаточное количество энергии, чтобы подняться с поверхности. Чтобы увидеть эти крошечные капельки, ученые добавили люминесцент на ударную поверхность.
Наблюдая, как окрашенные пузырьки взлетают вверх, ученые пришли к выводу, что таким же образом можно поднять в воздух абсолютно любые частицы. Эксперименты показывают, что это явление не происходит каждый раз, но, скорее всего, только когда правильной формы капли падают на правильной формы почву.
Исследователи решили сделать то, что и полагается любым добросовестным ученым — провести еще больше экспериментов, чтобы определить, каким образом можно вывести новое поколение аэрозолей с безразмерными параметрами.
Прелесть таких параметров (числа без единиц измерения) заключается в том, что любое число может показать вам поведение любого неконкретного вида вне зависимости от масштаба. К примеру, в аэродинамике есть безразмерный параметр, известный как «число Рейнольдса», который представляет собой отношение инерциальных сил к вязким, производя движение объекта в воде. Когда это число попадает в пределы того же типа турбулентности, вихри, образуемые вокруг объекта (вне зависимости от размера), будут точно такого же вида, как и в воде.
Авторы работы ввели два основных параметра для капель дождя: число Вебера, которое сравнивает инерцию с поверхностным натяжением жидкости, и число Пекле, коэффициент конвективной диффузии в жидкости. На практике, есть фактически любое число вариации этих параметров. Конкретная форма числа Пекле помогла исследователям узнать о важной роли скорости падения и влажности почвы в образовании запаха.
Это отличная возможность пополнить словарь механики еще одним термином из словаря биохимии. Основным компонентом петрихора, отвечающим за знакомый едкий запах, является геосмин. Очень простой способ удвоить количество органических молекул из известных нам — просто добавить слово «синтаз», и таким образом получить фермент белка, который их синтезирует. Например, бактерия, которая производит геосмин, использует фермент под названием «геосмин синтаз». Конечно же, есть некоторые молекулы, которым не нужен фермент, как и ферменты, которые будут использовать другие названия, но это не мешает экспериментировать с различными молекулами и ферментами.
Это исследование имеет непосредственное воздействие не только на ароматические молекулы, но и на распространение спор бактерий и вирусов. Те элементы, которые удается подцепить кавитационным пузырем, имеют больше шансов на распространение. Похожим образом происходит распространение набора молекул с моря на сушу. Новые исследования показывают, что роль аэрозолей в биосфере недооценена. Теперь выясняется, что понимание молекулярной механики передачи молекул так же важно, как и понимание самих молекул
