Размер имеет значение: Странное поведение мелких частиц на границах плотности

Исследователи из Института морской микробиологии Общества Макса Планка (Бремен, Германия) и Массачусетского технологического института (Кембридж, США) обнаружили удивительный эффект при изучении погружения морских частиц, который может повлиять на оценку глобальных потоков углерода.

Вопрос исследования: С какой скоростью органический материал и частицы детрита, слипаясь, образуют пористые агрегаты и оседают на морское дно?

Микробы, колонизирующие эти частицы, разлагают органику и выделяют CO₂ обратно в воду. Скорость погружения частиц определяет количество углерода, экспортируемого на глубину. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевое открытие: Морские частицы — это пористые агрегаты, похожие на губки, состоящие на 95% и более из воды. Поскольку океаны стратифицированы (из-за температуры и солёности), плотность воды увеличивается с глубиной. На пути вниз агрегаты могут достичь глубины, где их плавучесть становится нейтральной. Их погружение останавливается до тех пор, пока за счёт диффузии не произойдёт обмен лёгкой воды внутри частицы на более тяжёлую окружающую воду.

• Хотя тонкие слои таких агрегатов часто наблюдались в природе, этот эффект ранее игнорировался в моделях транспорта частиц.
• Эксперименты и математическая модель впервые продемонстрировали этот эффект.
• Поскольку частицы непроницаемы для потока, обмен водой возможен только путём диффузии. Чем крупнее агрегат, тем больше времени он проводит в стратифицированном слое.

Цитаты исследователей:

• Аржанг Халили (Институт морской микробиологии): «Крупные морские агрегаты могут находиться в толще воды дольше, чем предполагалось. Это показывает, что нам следует пересмотреть текущие подходы к оценке осаждения частиц, включив эффект пористости, чтобы улучшить оценку потока углерода в океане».
• Роман Штокер (MIT): «Чем глубже мы изучаем микромасштабные явления в океане, тем больше понимаем, что именно они определяют его работу. Наши шансы разработать устойчивый подход к взаимодействию с океаном зависят от того, насколько хорошо мы понимаем процессы на этих малых масштабах».