Вдивляючись у динамічний кордон, де зустрічаються океан і атмосфера, ми відкриваємо унікальне та делікатне мікросередовище, відоме як мікрошар морської поверхні. Цей тонкий, але життєво важливий кордон рясніє складними взаємодіями, які регулюють тонкий баланс між повітрям і морем.
Мікрошар поверхні моря
Найважливіше те, що мікрошар морської поверхні має величезний вплив на обмін поживними речовинами, міграцію забруднюючих речовин і транспортування органічних речовин між океаном і атмосферою. Він відіграє ключову роль як у місцевих екосистемах, так і в регулюванні глобального клімату.
Спеціальна команда дослідників з Університету Делавера (UD) і Університету Джорджії (UGA) вирішила краще зрозуміти тонкі нюанси цього океанічного явища та його роль у регулюванні клімату та вуглецевих циклах.
Дослідницька група зіткнулася з невдачами під час двох попередніх круїзів через штормову погоду та пандемію COVID-19. Однак вони не злякалися, вирушивши на третю спробу на борту науково-дослідного судна Х’ю Р. Шарпа UD. Мета полягала в тому, щоб розкрити таємниці мікрошару морської поверхні в північній частині Атлантичного океану.
Значення поверхневого мікрошару моря
Ендрю Возняк, доцент Школи морської науки та політики (SMSP) UD, підкреслив важливість цього шару океану. За його словами, мікрошар морської поверхні є унікальним мікросередовищем.
«Він накопичує органічний матеріал певного типу, а потім досягає межі повітря-море і накопичується там, створюючи цікаві фізичні властивості, які впливають на обмін матеріалами вперед і назад», — сказав Возняк.
Цей делікатний баланс матеріалів між повітрям і морем може змінити наше розуміння газообміну та викиду частинок в атмосферу, пояснив Возняк.
Поверхнево-активні речовини та хімія атмосфери
Основним напрямком досліджень команди були поверхнево-активні речовини – сполуки, які зменшують поверхневий натяг морської води.
«Ми хочемо зрозуміти, які поверхнево-активні речовини є в океані, як вони поділяються на мікрошар і що впливає на їх концентрацію та склад», — сказала Аманда Фроссард, доцент кафедри хімії UGA.
Дослідження має вирішальне значення для розуміння того, як поверхнево-активні речовини впливають на газообмін між повітрям і морем і хімію атмосфери.
Зразки з поверхневого мікрошару моря
Вивчення мікрошару морської поверхні представляє безліч технічних проблем, головним чином через його неймовірно тонку структуру, розміром лише 100 мікрометрів — приблизно товщина аркуша копіювального паперу.
Щоб зібрати достатню кількість зразків, дослідницька група перепрофілювала пробовідбірник Rosette, який традиційно використовується для відбору глибоких проб.
«Ми висуваємо пробовідбірник із задньої частини човна, занурюємо його, піднімаємо та повертаємо на борт, а потім очищаємо скло», — пояснив Возняк.
Ця техніка дозволила дослідникам зібрати молекули поверхнево-активної речовини, які прилипли до скляної пластини, коли вона виходила з води. Значення цих поверхнево-активних речовин, сказав Возняк, полягає в їх здатності зменшувати поверхневий натяг, який безпосередньо впливає на турбулентність на межі повітря-вода. «Ця турбулентність є ключовим фактором того, як гази можуть рухатися вперед і назад».
Хоча швидкість вітру традиційно була ключовим фактором у кількісному визначенні газообміну, Возняк та його команда вважають, що поверхнево-активні речовини відіграють значну роль у впливі на ці моделі, які наразі мають великі межі похибки.
Майбутнє морських і океанічних досліджень
Після того, як зразки були зібрані, команда провела детальний аналіз як на борту, так і у своїх університетах. Студенти, зокрема докторанти Фелікс Аґблеманьо та Тіа Оуянг з Університету університету, а також студенти Одрі Тонг та Ава Гроув, зробили внесок у дослідження, отримавши практичний досвід у передовій науці про клімат.
«Це було наше рішення для вивчення мікрошару морської поверхні, і це справді чудовий приклад співпраці між екіпажем судна та вченими для вирішення справжньої проблеми», — сказав Возняк.
За допомогою цього основоположного дослідження команда сподівається вдосконалити кліматичні моделі та покращити наше розуміння взаємодії повітря та моря, відкриваючи шлях для більш точних прогнозів циклів вуглецю та регулювання клімату.
Оскільки ми продовжуємо прагнути до глибшого розуміння наших океанів і складних процесів, які відбуваються, це океанографічне дослідження є потужним прикладом наполегливості та спільних зусиль, необхідних перед обличчям таких складних екологічних проблем.