הפיזיקה מאחורי התפשטות השיעול והעיטוש – הגיע הזמן לזנוח מודלים מיושנים

מהרגע הראשון ששמענו על וירוס הקורונה, ידענו לדקלם בעל-פה את “חוק ה-2 מטר”. על אף שמנגנון ההדבקה פוענח דיי מהר, לא היה בידינו מודל מדויק שמסביר את התפשטות הרסיסים בחלל פתוח או סגור. ארגון הבריאות העולמי ורבים ממדינות העולם מתבססים על מודל מיושן משנות השלושים שאינו תואם את המציאות. במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי לפיזיקאים, חוקרים מאירופה חושפים כיצד ענן השיעול מתפשט בחלל סגור בתנאים ריאליים והממצאים מפתיעים.

טיפות הרוק הנפלטות משיעול או עיטוש הן הגורם העיקרי להדבקה של וירוס הקורונה. על אף שכולנו יודעים כמה חשוב להבין את המכניקה שמאחורי התפשטות הטיפות בחללים סגורים ופתוחים, טרם השכלנו לתאר מודל ריאליסטי שידגים במדויק את קצב הישרדותן באוויר ואת השפעת הסביבה עליהן. בשנים האחרונות מספר המחקרים עלה משמעותית, בעיקר עם תחילת המגיפה, אבל הקושי בניית ניסוי מבוקר ובאיסוף הנתונים נותר ומאתגר. עד לאחרונה, המודל של וולס שפותח בשנות השלושים נחשב למודל הקלאסי והמקובל. המודל יחסית פשוט – בעת התעטשות או שיעול, אנחנו פולטים טיפות בגדלים שונים. כדי לפשט את התמונה המורכבת, המודל מניח שהטיפות יוצאות מחלל הגוף בלי אינטראקציה בניהן. לטענת וולס, הקטנות ביותר בכלל לא צריכות להדאיג אותנו, הן יתאדו מהר מאוד. לעומתן, הגדולות יותר ינועו בליסטית ויפלו יחסית מהר לקרקע, כשהכבדות ביותר ינועו למרחק של עד מטר. על בסיס מודל מיושן זה, נקבע חוק ה-2 מטר.

לצערנו, אין מידע אמפירי התומך במודל, אם כבר להיפך הוא הנכון. בחודשים האחרונים מצטברות עדויות הטוענות ששמירת מרחק של שני מטרים ממש לא עוזר, בעיקר אם העיטוש או השיעול נעשה בחלל סגור. בשנה האחרונה החוקרת לידיה בורויבה מMIT ניו-יורק ושותפיה הראו בניסויים שבחללים סגורים חוק ה-2 מטר ושניה אחת לא תקפים. ענן השיעול יכול לשרוד עד 10 דקות למרחק של עד 8 מטרים. החוקרים הסבירו את ההבדל המשמעותי בזכות ענן הלחות שנזרק לאוויר ומונע מהטיפות להתייבש בקלות. פרופ’ אמנואל וילרמוקס מצרפת הסביר בעבר שהסתירה מגיעה מההנחה שחוק שורש הזמן תקף גם בטיפות שאינן מבודדות. חוק השורש טוען שטיפות מבודדות מסביבת ענן העיטוש יקטינו את קוטרן בקצב שנקבע לפי שורש הזמן.

באופן מפתיע, למרות העלייה המשמעותית בכמות המחקרים, השפעת הסביבה כגון הלחות או הטמפרטורה על שרידות הטיפות נותרה בגדר תעלומה ועדיין נושא לוויכוח. מעבר לקושי הניסיוני, אלו הניגשים למודלים ממוחשבים טוענים שהדמיה של אלפי חלקיקים, עיבוד הנתונים ובחירת תנאי התחלה מציאותיים מהווים אתגר גדול מאוד. לראשונה, במאמר שפורסם במגזין היוקרתי Physical Review Letters, חוקרים מאירופה הצליחו ליצור מודל מבוקר ואיכותי של תנועת הטיפות באוויר תחת תנאי לחות שונים. במודל החוקרים הדגימו את שרידות הטיפות היוצאות בטמפרטורה של 34 מעלות צלזיוס עם מאה אחזו לחות, לחלל בטמפרטורה של 20 מעלות ובלחות של בין 50-90 אחוז. לדברי החוקרים אלו תנאים דומים לחדרים סגורים באזורים רבים בעולם.

התוצאות היו מפתיעות – אבל תחילה לפחות. בלחות ממוצעת של 50 אחוז, חלקיקים הגדולים ממאה מיקרון נופלים בהתאם למודל וולס, בין 10 עד 70 סנטימטר מנקודת הפתיחה. אלה פחות מהווים נזק ותואמים את ההנחיות של ארגון הבריאות העולמי. אולם, טיפות בסדר גודל של עשר המיקרון מתנהגים באופן שונה לחלוטין. מסלול תונעתן נותר דיי אופקי והם מוסעים הרחק מנקודת הפליטה בעזרת תנועה מערבולתית. הטיפות הממוצעות נוטות להישאר בסביבת ענן השיעול הלח ובכך מגדילות משמעותית את זמן החיים שלהן. בחדר עם 50 אחוז לחות, הטיפות יכולות לשרוד פי 60 יותר מהזמן שנחזה על מודל וולס ואילו ב-90 אחוז, הטיפות יכולות לשרוד פי 100 ועד פי 200 יותר זמן מהמודל המיושן. לעומתן, החוקרים הראו שחוק השורש דווקא מואץ עבור חלקיקים גדולים. חלקיקים אלו נוטים להתנתק מהענן, ובעזרת הסעה של האוויר, אדי המים שמתאדים מהטיפה מתרחקים מפני השטח ומעלים את קצב האידוי.

המחקר הנוכחי סותר את הטיעון של ארגון הבריאות העולמי שמניח שחלקיקים הגדולים מ-5 מקרון נעים בליסטית ומדגים בפעם הראשונה שהשרדותן גבוהה בהרבה בזכות ענן החלקיקים העוטף אותן בסביבה לחה. החוקרים שואפים להמשיך לבחון את המודל בתנאי סביבה שונים, אבל לראשונה ניתן בבירור לטעון שהמודל הפשטני של וולס שעליו כולם מתבססים לא מתאר את המציאות כלל ועלינו להיזהר פי כמה בחללים סגורים.

למאמר המקורי ולהפניות נוספות – לחצו כאן

• התחזית: חם, לח וקטלני
• הדמיה של עיטוש אנושי תסייע בעיצוב מוצרי הגנה מפני הקורונה
• על רקע התפשטות הקורונה: מה זה ‘מפיץ-על’? מומחית למחלות זיהומיות מסבירה