‘코로나19’ 조용한 공기전파의 고리를 찾았다

1초당 2600개 침방울 입자 배출,  1분 발언 부유 침방울 1천개 이상

수분 증발하며 낙하 속도 저하 공중서 8분 이상 부유

                   

코로나19의 공기중 전파를 둘러싸고 논란이 분분하다. 특히 무증상 감염자의 비율이 30%를 웃도는 것으로 나타나면서 이들에 의한 공기중 전파 위험에 대한 관심이 높아지고 있다.

보통 공기중 전파를 논할 땐 기침이나 재채기를 할 때 튀어나오는 침방울을 가리킨다. 그동안의 연구 결과를 보면 이때 나오는 침방울은 최대 7~8미터까지 날아간다. 하지만 커다란 침방울은 대개 2미터를 못 가고 바닥으로 떨어진다. 사회적 거리두기 간격 `2미터'의 논거가 여기에서 나왔다.

우리가 일상적으로 나누는 대화 중 배출되는 침방울은 어떨까? 보통 크기의 소리(59데시벨)로 말할 경우 입에서는 1초당 수천개의 침방울이 배출되는 것으로 알려져 있다. 침방울 크기는 1마이크로미터에서 500마이크로미터까지 아주 다양하다. 말할 때 튀어나오는 침방울(비말)에 의한 공기중 바이러스 전파 위험이 어느 정도인지를 규명한 논문이 나왔다.

왼쪽은 침방울이 공중에 떠 있는 시간(녹색 입자는 14분, 빨간색 입자는 14분), 오른쪽은 말이 끝난 후 6초간 연속 촬영한 침방울 움직임. PNAS 제공

미 국립보건원과 펜실베이니아대 공동연구진은 실험 참가자들에게 `건강하세요(Stay healthy)라는 말을 25초간 반복해서 말하게 하고, 이때 입 밖으로 배출되는 침방울을 레이저 광산란(laser light scattering) 기술을 이용해 공중에서 몇분 동안 머무를 수 있는지 관찰했다.

연구진은 침방울이 시야에서 사라지는 속도를 토대로, 대략 지름 4마이크로미터에 해당하는 입자의 평균 종단속도(terminal velocity, 낙하하는 물체의 최종 속도)를 측정했다. 침방울은 일단 입밖으로 나오면 수분이 증발하면서 크기가 처음의 20~34% 수준으로 작아진다. 예컨대 공기 중의 4마이크로미터 침방울은 애초 12~21마이크로미터 크기로 배출된 것이다.

타액에 당, 효소, 유전물질 등 비휘발성 물질이 얼마나 포함돼 있는지에 따라 침방울이 작아지는 정도가 달라진다. 크기가 작아진 침방울은 더 천천히 낙하한다. 예컨대 처음 지름이 50마이크로미터인 침방울이 10마이크미터로 줄어들면 낙하 속도는 초당 6.8cm에서 0.35cm으로 떨어진다고 한다. 이는 미세한 침방울이 공기 중 떠 있는 시간이 그만큼 늘어난다는 걸 뜻한다. 연구진은 증발 후 크기가 4마이크로미터를 기준으로 할 경우 침방울이 공중에 떠 있는 시간은 8~14분(평균 12분)으로 나타났다고 밝혔다.

마스크를 쓰지 않으면 침방울에 의한 바이러스 전파 위험을 고스란히 떠안게 된다. 픽사베이

연구진에 따르면 입 밖으로 튀어나오는 침방울 수는 1초당 평균 2600개. 부피로 환산하면 2.4~12 나노리터(nL)에 해당한다. 코로나19의 경우 침방울 1밀리리터(mL)당 평균 약 700만개의 바이러스 입자가 들어 있는 것으로 추정된다. 또 증발 전 크기가 50마이크로미터인 침방울에 1개 이상의 바이러스가 있을 확률은 37%다. 10마이크로미터 침방울의 경우 이 확률은 0.37%로 떨어진다.

연구진은 실험 결과를 토대로, 1분간 말할 경우 8분 이상 공기 중에 부유할 수 있는 바이러스 함유 침방울이 1000개 이상 만들어지는 것으로 추정했다. 이 정도면 다른 사람의 호흡기관 안으로 들어가서 2차 감염을 유발하기에 충분한 시간과 양이라고 연구진은 밝혔다. 연구진은 특히 “이는 보수적인 추정이며 어떤 감염자들은 1분당 10만개의 바이러스 침방울을 배출한다”고 덧붙였다. 환기가 되지 않는 밀폐된 장소에서 평소대로 말을 하는 것도 바이러스 전파의 실질적 위험 요인일 수 있음을 보여주는 연구 결과다.

이는 일본 유람선이나 한국의 콜센터, 중국 식당 등에서 집단 감염 사태가 발생했던 이유를 어느 정도 설명해주는 것으로 보인다.

연구에 참여하지 않은 미 텍사스 에이앤엠대학-텍사카나(Texas A&M University-Texarkana)의 벤저민 노이먼 교수(바이러스학)는 `워싱턴포스트' 인터뷰에서 "이번 연구는 대화를 통한 바이러스 전파를 직접 실험한 것은 아니지만, 마스크를 쓰지 않을 경우 가까운 거리에서 대화하는 중 배출되는 침방울도 코로나19 감염 위험을 높이기에 충분한 환경을 만든다는 걸 보여준다"고 말했다.

이번 연구는 미 국립과학원회보(PNAS) 5월13일치에 실렸다. < 곽노필 기자 >