Mikroplastik sind winzige Kunststoffteilchen das kann dazu führen große Probleme wenn sie in die Wasserversorgung gelangen. Ein Weg, mein Gott Labor für Fluiddynamik untersucht die Bewegung von Mikroplastik, indem es untersucht, wie winzige wasserlebende Insekten von Regentropfen unter Wasser gedrückt werden.
Die Belastung durch Mikroplastik kann gesundheitliche Risiken mit sich bringen, z Atemwegs- und Verdauungsproblemeerhöht Risiko für Diabetes Und gestörter Schlaf. Aber Physiker wie ich können studieren, wie sie sich durch Wasser bewegen, um zu lernen, wie man sie reinigt.
Wasserläufer sind winzige Insekten, die das können auf dem Wasser gehen. Sie kommen in feuchten, regnerischen Gebieten häufig vor, und einige Arten verbringen ihr ganzes Leben lang, ohne jemals Land zu berühren. Regentropfen können mehr als das 40-fache eines Wasserläufers wiegen und treffen bei Stürmen gelegentlich direkt auf den Wasserläufer. Die Tropfen bilden einen winzigen Krater unter der Wasseroberfläche, der den Läufer umhüllt, bevor er ihn herausschleudert, während der Krater wieder an die Oberfläche fällt.
Die Wasserläufer verfügen über starke Exoskelette, die es ihnen ermöglichen, einen Regentropfen zu überleben. Weil diese Insekten es sind wasserabweisend Sie sind sehr leicht und springen normalerweise sofort zurück. Aber manchmal bilden die Regentropfen einen zweiten, kleineren Krater direkt unter der Oberfläche. Der zweite Krater entsteht normalerweise aus einem großen, schnellen Tropfen.
Sollte sich der Wasserläufer in diesem zweiten Krater befinden, könnte er unter Wasser gefangen werden.
Aufprallsequenz von Wasserläufern, die von einem Tropfen getroffen werden. 107× verlangsamt. Kredit: Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2315667121
In meinem Labor neueste Studieveröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenWir fingen Wasserläufer aus örtlichen Teichen und ließen fallende Tropfen über ihren Becken ab. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitsvideos und Bildanalysen konnten wir beobachten, wie schnell die Insekten untergetaucht sind, als die Regentropfen auf sie trafen.
Meine Kollegen und ich haben auch die Beschleunigung des zweiten, kleineren Kraters gemessen. Dieser Krater zieht sich demnach schnell zurück zu unseren Maßen, 50-fache Erdbeschleunigung. Wasserläufer können sich in dieser zweiten Blase nicht halten, da sich die Oberfläche, auf der sie sich befinden, so schnell nach oben bewegt und sie unter Wasser fallen könnten. In diesem Fall versuchen die Wasserläufer mit kräftigen Schwimmbewegungen wieder aufzutauchen.
Mikroplastik ist wie Wasserläufer sehr leicht und oft wasserabweisend. Sie neigen dazu, sich auf ähnliche Weise über dem Wasser zu bewegen, und Regentropfen können sie überfluten. Wenn Schadstoffe untergetaucht sind, sind sie es schwieriger aufzuräumenUnd Meereslebewesen könnten fressen ihnen.
Unsere Forschung zeigt, dass die schnelle Beschleunigung des zweiten Kraters in Richtung Wasseroberfläche eine große Rolle beim Absinken winziger Partikel spielt – Wasserläufer und Mikroplastik gleichermaßen.
Die Untersuchung, wie sich kleine Partikel und Organismen im Wasser verteilen, könnte Wissenschaftlern dabei helfen, herauszufinden, wie sie die Verschmutzung durch Mikroplastik verhindern und eindämmen können.
Wasserläufer sind so wasserabweisend, dass sie eine Blase um sich tragen Plastron genannt wenn es unter Wasser gedrückt wird.
Je öfter sie im Labor von Tropfen getroffen werden, bevor sie das Wasser abstoßen, desto wahrscheinlicher ist es, dass Wasserläufer unter Wasser bleiben für längere Zeiträume.
Regentropfeneinwirkungen scheinen das Plastron zu erschöpfen. Wir wissen noch nicht, wie viele wiederholte Stöße die Läufer aushalten können und wie sich chemische Schadstoffe in Wasserstraßen auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen Untertauchen auswirken.
Zukünftige Arbeiten werden die Wasserläufer in unseren Experimenten durch schwimmende Partikel ersetzen, die Mikroplastik nachahmen und eine Reihe von Größen, Dichten und wasserabweisenden Eigenschaften aufweisen. Wir gehen davon aus, dass größere Partikel dazu führen, dass die Tropfen bei Kontakt auseinanderbrechen, während kleinere Partikel wahrscheinlich in die Luft getragen werden aerosolisiertbeim Spritzen.
Und die Strider sind nicht nur gute Modelle für die Bewegung von Mikroplastik. Die Untersuchung der Beine von Wasserläufern beim Schwimmen könnte Forschern auch bei der Entwicklung von Unterwasserrobotern helfen.
Mehr Informationen:
Daren A. Watson et al., Wasserläufer sind unempfindlich gegenüber den Kollisionskräften von Regentropfen und werden von einstürzenden Kratern überflutet. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2315667121
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