Эксперимент с участием крупнейшей флотилии датчиков, когда-либо развернутых в одном районе, позволяет по-новому взглянуть на то, как морской мусор или обломки перемещаются по поверхности океана.
Эксперимент, проведенный в Мексиканском заливе недалеко от места разлива нефти Deepwater Horizon, разместил сотни дрейфующих датчиков, чтобы наблюдать, как материал перемещается по поверхности океана. Вместо того, чтобы рассредоточиться, как предсказывают современные расчеты, многие из них сбились в тесный кластер.
Результаты обещают очистить морское загрязнение и имеют более широкое значение для науки об океане. Статья в открытом доступе была опубликована 16 января в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Наблюдать за плавучими объектами, разбросанными по региону размером с город, сконцентрироваться в регионе меньше футбольного стадиона, было просто потрясающе», - сказал первый автор Эрик Д'Асаро, профессор океанографии UW. «Мы знали, что будет некоторая концентрация, но видимая величина была просто ошеломляющей».
Наука из учебников предсказывает, что вещество в океане будет просто диффундировать, то есть раздвигаться или течь по течению. Но недавние исследования начали изучать роль океанических фронтов и вихрей, а исследование 2015 года показало, что мелкомасштабные водовороты толкают фитопланктон на сотни футов ниже поверхности воды.
Новое исследование показывает, что такие водовороты могут притягивать обломки с большой площади. Если бы ученые могли каким-то образом наблюдать или предсказывать такое поведение воронки, это могло бы помочь в очистке разливов нефти или извлечении морского пластика и другого плавающего мусора.
«Мы надеемся применить это в проектах по очистке океана, но сначала мы должны выяснить, как наблюдать или предсказывать, где эти концентрации будут происходить», - сказал Д'Асаро..
Исследование финансировалось Инициативой по исследованию Мексиканского залива, поддерживаемой промышленностью.
Для полевой кампании 2016 года соавтор Тамай Озгёкмен и его команда из Университета Майами разработали недорогие дрейфующие датчики, изготовленные из биоразлагаемого пластика, так что их можно использовать одновременно сотнями. Во время зимнего круиза команда разместила приборы примерно в 75 километрах от устья реки Миссисипи, в районе, где пресная холодная речная вода встречается с более соленой, теплой и плотной водой из Мексиканского залива. В круизе приняли участие более 1000 дрифтеров, что сделало его самым крупным в истории развертыванием океанских дрифтеров, отслеживаемых по отдельности, в одном месте, чтобы увидеть, как они ведут себя как группа.
Эксперимент, который находится в центре внимания этого исследования, сбросил 326 дрифтеров на сетку с интервалом в 1 километр в течение примерно 16 часов. Восемь дней спустя примерно половина дрифтеров была заключена в круг размером 60 метров (200 футов), площадь которого в 400 раз меньше, чем в начале. Подводные наблюдения показывают, что в этом месте одновременно падает выпуклость морской воды.
"Это очень похоже на вращающийся вихрь, который образуется в ванне: вода опускается в небольшой области, но вода из гораздо большей области движется к вихрю", - сказал Д'Асаро..
Дрифтеры плавучие и остаются на поверхности. Они оставались слипшимися около 10 дней, а затем медленно рассеялись в течение следующих недель. Тем временем другая половина дрифтеров просто рассредоточилась на территории в 100 километров, как и предсказывали традиционные расчеты.
«Вероятно, именно так в конечном итоге работает вертикальный обмен в океане», - сказал второй автор Андрей Щербина, океанограф из Лаборатории прикладной физики Университета Вашингтона. «Несмотря на то, что мы думаем о перемешивании океана как о крупномасштабном процессе, как только мы начинаем присматриваться, мы начинаем понимать, что на самом деле это может происходить эпизодически, в очень малых масштабах, в избранных горячих точках, которые вспыхивают то тут, то там."
Выводы также имеют более широкое значение для того, как ведет себя океан. Если перемешивание происходит в меньших масштабах и менее плавучий материал засасывается в вихрь, то более мелкие модели могут лучше отражать такие процессы, как цветение морских растений, перенос углерода и циркуляция воды..
«Появилось все больше теоретических причин полагать, что нечто подобное должно произойти, а также некоторые предыдущие измерения, подтверждающие эти идеи», - сказал Д'Асаро. «Но я думаю, что это будет знаковый эксперимент, потому что он такой драматичный и простой для понимания».
Видео: