Ein realistisches Berechnungsmodell sagt einen wichtigen Zusammenhang zwischen Pollen in der Luft und der Übertragung des Coronavirus voraus. Bildnachweis: Talib Dbouk
Das Computermodell ahmt einen Weidenbaum und eine nahe Menschenmenge nach, um eine neue Perspektive auf soziale Distanzierungsmaßnahmen zu bieten.
Die meisten Modelle, die erklären, wie Viren übertragen werden, konzentrieren sich auf Viruspartikel, die einer Person entkommen, um eine Person in der Nähe zu infizieren. Eine Studie über die Rolle mikroskopischer Partikel bei der Übertragung von Viren legt nahe, dass Pollen nichts zu verachten sind.
Im Physik von Flüssigkeiten, von AIP Publishing untersuchen Talib Dbouk und Dimitris Drikakis, wie Pollen die Verbreitung eines RNA-Virus wie des COVID-19-Virus erleichtert. Die Studie verwendet fortschrittliche Computeransätze zur Analyse der Strömungsdynamik, um die Pollenbewegung einer Weide nachzuahmen, einem prototypischen Pollenemitter. Pollenkörner in der Luft tragen zur Verbreitung von Viren in der Luft bei, insbesondere in überfüllten Umgebungen.
„Unseres Wissens ist dies das erste Mal, dass wir durch Modellierung und Simulation zeigen, wie luftgetragene Pollenmikrokügelchen bei einer leichten Brise transportiert werden und so zur Übertragung von luftgetragenen Viren in Menschenmengen im Freien beitragen“, sagte Drikakis.
Die Forscher stellten auf der Nationalen Allergiekarte einen Zusammenhang zwischen den COVID-19-Infektionsraten und der Pollenkonzentration fest. Jedes Pollenkorn kann Hunderte von Viruspartikeln gleichzeitig enthalten. Nur Bäume können an rauen Tagen 1.500 Körner pro Kubikmeter in die Luft abgeben.
Die Forscher machten sich an die Arbeit, indem sie alle pollenproduzierenden Teile ihres computergestützten Weidenbaums erstellten. Sie simulierten Versammlungen im Freien von etwa 10 oder 100 Personen, von denen einige COVID-19-Partikel absonderten, und setzten die Menschen 10.000 Pollenkörnern aus.
„Eine der großen Herausforderungen besteht darin, eine sehr realistische Umgebung eines ausgewachsenen Weidenbaums nachzubilden“, sagte Dbouk. „Dazu gehörten Tausende von Baumblättern und Pollenkörnern, Hunderte von Stängeln und eine realistische Ansammlung von etwa 100 Individuen etwa 20 Meter vom Baum entfernt.“
Durch die Abstimmung des Modells auf Temperatur, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit eines typischen Frühlingstages in den USA gelangten die Pollen in weniger als einer Minute durch die Menschenmenge, was die mitgeführte Viruslast erheblich beeinträchtigen und die Ansteckungsgefahr erhöhen könnte.
Die Autoren sagten, dass der oft für COVID-19-Empfehlungen angegebene Abstand von 6 Fuß für Menschen mit einem Risiko für die Krankheit in überfüllten, pollenreichen Gebieten möglicherweise nicht ausreicht. Neue Empfehlungen basierend auf lokalen Pollenkonzentrationen können verwendet werden, um das Infektionsrisiko besser zu steuern.
Die Autoren lenken die Aufmerksamkeit auf andere Formen der COVID-19-Übertragung und hoffen, dass ihre Studie weiteres Interesse an der Pflanzenströmungsdynamik weckt.
Als nächstes wollen sie die Mechanismen besser verstehen, die der Interaktion zwischen luftgetragenen Pollenkörnern und dem menschlichen Atmungssystem unter verschiedenen Umweltbedingungen zugrunde liegen.
Referenz: „Über die Übertragung von Pollen und luftgetragenen Viren“ von Talib Dbouk und Dimitris Drikakis, 22. Juni 2021, Physik von Flüssigkeiten.
DOI: 10.1063/5.0055845
