Частинки відіграють важливу роль у поглинанні вуглецю глибоко в океані.
Нові спостереження показують, що крихітні, тонучі пластівці детриту в океані падають повільніше завдяки гулу, що оточує кожну пластинку.
Невидимий слиз створює «хвости комети», які оточують кожну луску, повідомив фізик Рахул Чаджва зі Стенфордського університету 19 листопада на зустрічі відділу динаміки рідин Американського фізичного товариства. Ці слизові хвости уповільнюють швидкість падіння пластівців. Це може вплинути на швидкість, з якою вуглець поглинається глибоко в океанах, що робить фізику цієї липкої слизу важливою для розуміння клімату Землі.
Хоча вчені знали, що слиз є компонентом «морського снігу», який падає в океан, вони раніше не вимірювали його вплив на швидкість занурення.
Морський сніг складається з мертвого та живого фітопланктону, органічних речовин, що розкладаються, фекалій, бактерій та інших водних нечистот, загорнутих у слиз, який виробляють організми. Подібно до зброди, яка закупорює дихальні шляхи під час сезону респіраторних вірусів, слиз — це так звана в’язкопружна рідина. Це те, що тече, як рідина, але також демонструє еластичність, повертаючись назад після розтягування.
Вивчати цю підводну заметіль нелегко. При спостереженні в океані частинки швидко тонуть з поля зору. У лабораторії частинки можна спостерігати довше, але подорож на берег руйнує ніжний морський сніг і вбиває живі організми в ньому.
Тож Чаджва та його колеги побудували фізичну лабораторію в морі. На борту дослідницького судна в затоці Мен команда зібрала частинки морського снігу в пастках на глибині 80 метрів під поверхнею води. Потім вони завантажили свій улов у бортовий пристрій, призначений для спостереження за падінням частинок.
На прізвисько «гравітаційна машина» це заповнене рідиною колесо, яке обертається, щоб утримувати окрему луску в полі зору камери. Це трохи схоже на колесо хом’яка для падіння сміття. Коли пластівці опускаються, колесо обертається таким чином, щоб рухати сніг у протилежному напрямку, дозволяючи спостерігати за снігопадом нескінченно довго. Сама гравітаційна машина була встановлена на підвісі, призначеному для запобігання розхлюпування корабля.
«Це дуже хороший компроміс між справжнім морським снігом, який ви отримуєте в океані, проти того, що ви можете зробити практично в лабораторії», — каже біофізик Анупам Сенгупта з Університету Люксембургу, який не брав участі в дослідженні.
Щоб спостерігати, як рідина тече навколо частинок, дослідники додали крихітні кульки в рідину в гравітаційній машині. Це показало швидкість потоку рідини навколо частинок. Швидкість потоку рідини сповільнилася в області хвоста комети навколо частинки, виявивши невидимий слиз, який тоне разом з частинкою.
Частинки тонули зі швидкістю до 200 метрів на добу. Слиз відігравав велику роль у швидкості затоплення.
«Чим більше слизу, тим повільніше частинки тонуть», — каже Чаджва.
Чаджва та його колеги встановили, що в середньому слиз змушує частинки морського снігу затримуватися вдвічі довше у верхніх 100 метрах океану, ніж це було б інакше.
Якщо він падає досить глибоко, морський сніг може поглинати вуглець з атмосфери. Це тому, що живий фітопланктон, як і рослини, поглинає вуглекислий газ і виділяє кисень. Коли фітопланктон утворює морський сніг, він забирає вуглець разом із собою, коли занурюється. Якщо луска досягає дна океану, вона може осісти в накипі на дні, яка зберігає цей вуглець протягом тривалого часу. Чим швидше частинки тонуть, тим більша ймовірність, що вони дійдуть до безодні, перш ніж їх з’їдять істоти.
Знання того, як швидко частинки тонуть, є важливим для розрахунку впливу океану на клімат Землі та того, як це може змінитися з потеплінням клімату, кажуть дослідники. Океани є головними гравцями в кругообігу вуглецю на планеті, і вчені підрахували, що океани поглинули приблизно 30 відсотків вуглекислого газу, що виділяється людьми після індустріалізації. Чаджва та його колеги сподіваються, що їхні результати можна буде використати для вдосконалення кліматичних моделей, які наразі не враховують слиз. Тож із цим слизом не варто чхати.
«Ми говоримо про мікроскопічну фізику», — каже фізик зі Стенфордського університету Ману Пракаш, співавтор роботи, про яку також повідомляється в статті, поданій 3 жовтня. «Але помножте це на об’єм океану… ось що дає вам масштаб проблеми».