المواد البلاستيكية الدقيقة هي جزيئات بلاستيكية صغيرة يمكن أن تسبب مشاكل كبيرة عند دخولها إلى إمدادات المياه. إحدى الطرق التي يستكشف بها مختبر ديناميكيات الموائع حركة الجسيمات البلاستيكية هي دراسة كيفية دفع قطرات المطر للحشرات الصغيرة التي تسير على الماء تحت الماء.
يمكن أن يشكل التعرض للتلوث باللدائن الدقيقة مخاطر صحية، مثل مشاكل الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي، وزيادة خطر الإصابة بمرض السكري واضطراب النوم. لكن الفيزيائيين مثلي يمكنهم دراسة كيفية تحركها عبر الماء لمعرفة كيفية تنظيفها.
طائر الماء عبارة عن حشرات صغيرة يمكنها المشي على الماء. تتواجد بكثرة في المناطق الرطبة والممطرة، وبعض الأنواع تقضي حياتها بأكملها دون لمس الأرض على الإطلاق. يمكن أن تزن قطرات المطر أكثر من 40 مرة من طائر الماء، وفي أثناء العواصف تضرب أحيانًا طائر الماء بشكل مباشر. تشكل القطرات حفرة صغيرة تحت سطح الماء والتي تغلف الراكب قبل أن تتخلص منه عندما تنهار الحفرة مرة أخرى إلى السطح.
تمتلك طيور الماء هياكل خارجية قوية تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة عند تعرضها لقطرات المطر. نظرًا لأن هذه الحشرات طاردة للماء وخفيفة الوزن جدًا، فإنها عادةً ما ترتد مرة أخرى. ولكن في بعض الأحيان تشكل قطرات المطر حفرة ثانية أصغر حجما تحت السطح مباشرة. عادة ما تتشكل الحفرة الثانية من انخفاض كبير وسريع.
إذا وجد متزلج الماء نفسه داخل هذه الحفرة الثانية، فمن الممكن أن ينحصر تحت الماء.
في أحدث دراسة أجراها مختبري، قمنا بالتقاط حشرات الماء من البرك المحلية وأطلقنا قطرات متساقطة فوق خزاناتها. استخدمنا تصوير فيديو عالي السرعة وتحليل الصور لمعرفة مدى سرعة غمر الحشرات عندما تضربها قطرات المطر.
وقمت أنا وزملائي أيضًا بقياس تسارع الحفرة الثانية الأصغر حجمًا. تتراجع هذه الحفرة بسرعة، وفقًا لقياساتنا، 50 مرة تسارع الجاذبية. لا تستطيع مخلوقات الماء أن تدعم نفسها داخل هذه الفقاعة الثانية، حيث أن السطح الذي تقف عليه يتحرك للأعلى بسرعة كبيرة، وقد تسقط تحت الماء وتصبح مغمورة بالمياه. إذا حدث ذلك، تقوم مخلوقات الماء بضربات سباحة قوية لمحاولة العودة إلى السطح.
لماذا يهم
مثل ستردر الماء، فإن المواد البلاستيكية الدقيقة خفيفة جدًا وغالبًا ما تكون طاردة للماء. وهي تميل إلى التحرك فوق الماء بطريقة مماثلة، ويمكن لقطرات المطر أن تغمرها. عندما تغمر الملوثات، يصعب تنظيفها، وقد تستهلكها الحياة البحرية.
يخبرنا بحثنا أن التسارع السريع للفوهة الثانية نحو سطح الماء يلعب دورًا كبيرًا في غرق الجزيئات الصغيرة – حواجز الماء والجسيمات البلاستيكية الدقيقة على حد سواء.
إن دراسة كيفية انتشار الجزيئات والكائنات الصغيرة في الماء يمكن أن تساعد العلماء على معرفة كيفية منع التلوث البلاستيكي الدقيق والتوسط فيه.
ما لا يزال غير معروف
تتميز طيور الماء بأنها طاردة للماء لدرجة أنها تحمل فقاعة حولها تسمى بلاسترون عند دفعها تحت الماء.
في المختبر، كلما زاد عدد مرات تعرضهم للقطرات قبل صد الماء، زاد احتمال بقاء متزلجي الماء مغمورين بالمياه لفترات طويلة.
يبدو أن تأثيرات قطرات المطر تستنزف الدعامة. لا نعرف حتى الآن عدد التأثيرات المتكررة التي يمكن أن تتحملها الكائنات الحية، وكيف تؤثر الملوثات الكيميائية في المجاري المائية على مقاومتها للغمر.
ماذا بعد
سوف يحل العمل المستقبلي محل عوارض الماء في تجاربنا بجزيئات عائمة تحاكي المواد البلاستيكية الدقيقة، مع نطاق من الحجم والكثافة ومقاومة الماء. نتوقع أن تتسبب الجزيئات الأكبر حجمًا في تفكك القطرات عند ملامستها، في حين من المحتمل أن يتم حمل الجزيئات الأصغر في الهواء، أو تناثرها، عن طريق الرذاذ.
والعوارض ليست مجرد نماذج جيدة لحركة البلاستيك الدقيق. إن دراسة أرجل مخلوقات الماء أثناء السباحة يمكن أن تساعد الباحثين أيضًا في تصميم روبوتات تحت الماء.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: أندرو ديكرسون، جامعة تينيسي.
اقرأ أكثر:
يتلقى أندرو ديكرسون تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم.