Вести из лабораторий
Пузырьки как подъёмная сила для микропластика
Морской лёд сильно загрязнён микропластиком, в котором преобладают крупные частицы размером до 5 мм, и их плотность больше, чем у окружающей воды. Фракция тяжёлых крупных частиц среди пластиковых фрагментов во льдах может достигать 99%, как, например, в многолетних льдах Северного Ледовитого океана, или же 63% — в однолетних льдах. Данное явление наблюдали многие исследователи, но механизм такого фракционирования микропластика остаётся неясным. Как тонущие частицы тяжёлого пластика (такого, как полистирол) захватываются льдом? Есть предположения, что дело в турбулентном перемешивании, наличии воздушной оболочки (вспененные материалы) и даже в переносимых по воздуху загрязнениях. Но так ли это?
Сотрудники Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН (ИО РАН) решили выяснить причину разделения фракций пластиковых частиц, для чего провели лабораторные эксперименты по образованию льда с водной поверхности. Опыты выполняли в пресной и солёной воде (в растворе хлористого натрия концентрацией 34 г/л) с частицами тяжёлого пластика разного размера, которые предварительно распределяли по дну экспериментального сосуда. Исследователи предположили, что в механизме всплывания тяжёлых частиц на поверхность могут участвовать пузырьки газа. Ведь даже дистиллированная вода всегда содержит определённое количество растворённых газов, а поверхностная вода природных бассейнов близка к насыщению газами за счёт обмена с атмосферой. Источниками газа в морской воде выступают биологические, химические, геологические процессы на дне океана, а если говорить об арктических водах, то и метановые выходы, и таяние вечной мерзлоты. Поскольку растворимость газов в воде уменьшается с повышением солёности, температуры и понижением давления, изменение внешних условий может приводить к перенасыщению водного объёма газами и образованию пузырей. Энергетически пузырькам выгоднее зарождаться на твёрдых поверхностях (а не в самой воде), и гидрофобные частицы пластика представляют собой идеальные места зарождения.
В экспериментах наблюдали в перенасыщенном газами водном объёме образование и рост пузырьков, отслеживали, как распределяются частицы микропластика по вертикали, измеряли солёность формирующегося льда и концентрацию газовых пузырьков. В ледяных кернах фиксировали послойное вертикальное распределение количества частиц, их размеры и форму. Льдом в экспериментах оказывались захваченными 50—60% тяжёлых частиц.
Полученные результаты говорят о том, что в подъёме частиц высокой плотности со дна при замерзании воды участвуют два механизма: образование пузырьков газа на поверхности частиц и конвективное перемешивание. Влияние конвективного перемешивания на захват микропластика льдом оказалось весьма ограниченным, а формирование пузырьков — основной движущей силой подъёма пластика в воде и захвата его во льду. В дополнительных экспериментах с теми же частицами в воде удалось выяснить, что около крупных пластиковых фрагментов одновременно растут несколько пузырьков, благодаря чему их подъём на поверхность протекает легко и там они стабильны. Около мелкой частицы формируется лишь один пузырёк, и она постоянно совершает движения вверх-вниз в толще воды, так как при столкновении