Midlertidige badekarafløb i havet koncentrerer flotsam

Et eksperiment med den største flotille af sensorer, der nogensinde er udsat i et enkelt område, giver ny indsigt i, hvordan havaffald, eller flotsam, bevæger sig på havets overflade.

Eksperimentet udført i Den Mexicanske Golf nær stedet for Deepwater Horizon-olieudslippet placerede hundredvis af drivende sensorer for at observere, hvordan materiale bevæger sig på havets overflade. I stedet for at sprede sig, som nuværende beregninger ville forudsige, mange af dem klumpede sammen i en tæt klynge.

Resultaterne lover oprydning af havforurening og har bredere implikationer for havvidenskaben. Avisen med åben adgang blev offentliggjort i ugen den 16. januar i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"At observere flydende genstande spredt ud over en region på størrelse med en by koncentrat til en region, der er mindre end et fodboldstadion, var bare fantastisk, " sagde førsteforfatter Eric D'Asaro, en UW professor i oceanografi. "Vi vidste, at der ville være en vis koncentration, men størrelsen set var ret forbløffende."

Lærebogsvidenskaben ville forudsige, at materiale i havet simpelthen ville diffundere - dvs. bevæge sig fra hinanden eller flyde med strømmene. Men nyere forskning er begyndt at udforske rollen af ​​oceaniske fronter og hvirvler, og en undersøgelse fra 2015 viste, at små hvirvler skubber fytoplankton ned til hundredvis af fod under vandoverfladen.

Den nye undersøgelse viser, at sådanne hvirvler kan trække flot fra et stort område. Hvis videnskabsmænd på en eller anden måde kunne observere eller forudsige denne tragtadfærd, det kan hjælpe med at rydde op i oliespild eller genvinde havplastik og andet flydende affald.

"Håbet er at anvende dette i havoprydningsprojekter, men først skal vi finde ud af, hvordan vi kan observere eller forudsige, hvor disse koncentrationer vil forekomme, " sagde D'Asaro.

Forskningen blev finansieret af det industristøttede Gulf of Mexico Research Initiative.

Til feltkampagnen 2016, medforfatter Tamay Özgökmen og hans team ved University of Miami designede billige driftende sensorer, der er bygget af biologisk nedbrydeligt plastik, så hundredvis kan installeres ad gangen. Under et vinterkrydstogt, holdet placerede instrumenterne omkring 75 kilometer fra mundingen af ​​Mississippi-floden, i et område, hvor frisk, koldt flodvand møder saltere, varmere og tættere vand fra den Mexicanske Golf. Krydstogtet indsatte mere end 1, 000 driftere, hvilket gør det til den hidtil største indsættelse af individuelt sporbare havdriftere på et enkelt sted for at se, hvordan de opfører sig som gruppe.

Eksperimentet, der er fokus for denne undersøgelse, faldt 326 driftere i et gitter med 1 kilometers mellemrum i løbet af omkring 16 timer. Otte dage senere, omkring halvdelen af ​​drifterne var indeholdt i en cirkel på størrelse med 60 meter (200 fod), et område 400 gange mindre end da de begyndte. Undervandsobservationer viser en bule af havvand, der styrter ned samtidigt på dette sted.

"Det er meget som den snurrende hvirvel, der dannes i et badekar:Vand synker i et lille område, men vand fra meget større område bevæger sig mod hvirvelen, " sagde D'Asaro.

Drifterne er flydende og forblev svævende på overfladen. De forblev klumpet sammen i ca. 10 dage og spredte sig derefter langsomt over de følgende uger. I mellemtiden spredte den anden halvdel af drifterne sig simpelthen ud over et område på 100 kilometer, som traditionelle beregninger ville forudsige.

"Det er sandsynligvis sådan den vertikale udveksling i havet i sidste ende fungerer, " sagde anden forfatter Andrey Shcherbina, en oceanograf ved UW's Applied Physics Laboratory. "Selvom vi tænker på havblanding som en storstilet proces, Når vi først begynder at se nærmere, begynder vi at indse, at det faktisk kan ske episodisk, i meget lille skala, på udvalgte hotspots, der blinker hist og her."

Resultaterne har også bredere implikationer for, hvordan havet opfører sig. Hvis blanding sker i mindre skalaer, og mindre flydende materiale bliver suget ned i hvirvelen, så kunne finere modeller bedre fange processer såsom opblomstring af havplanter, kulstoftransport og vandcirkulation.

"Der har været stigende teoretiske grunde til at tro, at sådan noget skulle ske, og nogle tidligere målinger, der understøttede disse ideer, " sagde D'Asaro. "Men jeg tror, ​​det bliver et skelsættende eksperiment, fordi det er så dramatisk og let at forstå."