Små vandvandrende insekter giver videnskabsfolk indsigt i, hvordan mikroplast skubbes under vandet
Mikroplast er bittesmå plastikpartikler, der kan give store problemer, når de kommer ind i vandforsyningen. En måde, hvorpå mit væskedynamiklaboratorium udforsker mikroplastikbevægelser, er ved at studere, hvordan små vandgående insekter skubbes under vandet af regndråber.
Eksponering for mikroplastikforurening kan udgøre sundhedsrisici, såsom luftvejs- og fordøjelsesproblemer, øget risiko for diabetes og forstyrret søvn. Men fysikere som mig kan studere, hvordan de bevæger sig gennem vand for at lære at rense dem op.
Vandstridere er små insekter, der kan gå på vandet. De er rigelige i fugtige, regnfulde områder, og nogle arter lever hele deres liv uden nogensinde at røre land. Regndråber kan veje mere end 40 gange en vandstrider, og under storme rammer de indimellem stridere direkte. Dråberne danner et lillebitte krater under vandoverfladen, der omslutter strideren, før de kaster den ud, når krateret kollapser tilbage til overfladen.
Vandstriderne har stærke eksoskeletter, der giver dem mulighed for at overleve at blive ramt af en regndråbe. Fordi disse insekter er vandafvisende og meget lette, hopper de normalt tilbage. Men nogle gange vil regndråberne danne et andet, mindre krater lige under overfladen. Det andet krater dannes normalt af et stort, hurtigt fald.
Hvis vandstrideren finder sig selv inde i dette andet krater, kan den blive fanget under vandet.
I mit laboratoriums seneste undersøgelse, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences , fangede vi vandstridere fra lokale damme og frigav faldende dråber over deres tanke. Vi brugte højhastighedsvideografi og billedanalyse for at se, hvor hurtigt insekterne dykkede ned, når regndråberne ramte dem.
Mine kolleger og jeg målte også accelerationen af det andet, mindre krater. Dette krater trækker sig hurtigt tilbage - ifølge vores målinger 50 gange accelerationen på grund af tyngdekraften. Vandstridere kan ikke støtte sig selv inde i denne anden boble, da overfladen, de er på, bevæger sig opad så hurtigt, og de kan falde under vandet og blive nedsænket. Hvis det sker, laver vandstriderne kraftige svømmeslag for at forsøge at komme op igen.
Ligesom vandstridere er mikroplast meget let og ofte vandafvisende. De har en tendens til at bevæge sig oven på vandet på lignende måde, og regndråber kan nedsænke dem. Når forurenende stoffer bliver nedsænket, er de sværere at rydde op, og livet i havet kan fortære dem.
Vores forskning fortæller os, at det andet kraters hurtige acceleration mod vandoverfladen spiller en stor rolle i at synke små partikler – både vandstride og mikroplastik.
At studere, hvordan små partikler og organismer spredes i vand, kunne hjælpe forskerne med at finde ud af, hvordan man forebygger og medierer mikroplastikforurening.
Vandstridere er så vandafvisende, at de bærer en boble omkring sig, kaldet en plastron, når de skubbes under vandet.
I laboratoriet, jo flere gange de bliver ramt af dråber, før de afviser vandet, jo mere sandsynligt er det, at vandstridere forbliver nedsænket i længere perioder.
Regndråbestød ser ud til at udtømme plastronen. Vi ved endnu ikke, hvor mange gentagne påvirkninger stridere kan tolerere, og hvordan kemiske forurenende stoffer i vandvejene påvirker deres modstand mod nedsænkning.
Fremtidigt arbejde vil erstatte vandstriderne i vores eksperimenter med flydende partikler, der efterligner mikroplastik, med en række størrelser, tæthed og vandafvisende egenskaber. Vi forventer, at større partikler får dråberne til at bryde fra hinanden ved kontakt, mens de mindre partikler sandsynligvis vil blive båret op i luften eller aerosoliseret af stænket.
Og striderne er ikke kun gode modeller til mikroplastikbevægelser. At studere vandstriders ben, mens de svømmer, kunne også hjælpe forskere med at designe undervandsrobotter.
Flere oplysninger: Daren A. Watson et al., Vandstridere er uigennemtrængelige for regndråbekollisionskræfter og nedsænket af kollapsende kratere, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121
Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Brug af lydbølger til at modellere rotationsdynamikken i inertielle mange-partikel-klyngerobjekterKredit:M. X. Lim et al. Fysisk gennemgang X (2022). DOI:10.1103/PhysRevX.12.021017 Et team af forskere, der arbejder ved University of Chicago, har fundet en måde at bruge lydbølger til at modeller -
Standardmodellen for partikelfysik kan være brudt, siger ekspertOpbevaringsringmagneten til Muon G-2-eksperimentet på Fermilab. Kredit:Reidar Hahn/wikipedia, CC BY-SA Som fysiker, der arbejder ved Large Hadron Collider (LHC) i Cern, er et af de hyppigste spørgs -
Marsvin viste sig at flytte pandevæv for at finjustere sonarsignalerMarsvin (Phocoena phocoena) er en af seks arter af marsvin. Kredit:Erik Christensen/Wikipedia. (Phys.org) – Et team af forskere i Kina har løst mysteriet om, hvordan marsvin er i stand til at lo -
Undersøgelse tilbyder en ny teoretisk tilgang til at beskrive faseovergange uden ligevægtTo Argonne-fysikere tilbød en måde at matematisk beskrive et bestemt fysikfænomen kaldet en faseovergang i et system ude af ligevægt (dvs. med energi, der bevæger sig igennem det) ved at bruge imaginæ