Океанологи изучили механизмы дрейфа по поверхности океана пассивно плавающих объектов и обнаружили, что он состоит из двух стадий. Сначала объекты небольшого размера собираются в крупные кластеры на границе течений разной плотности, после чего кластеры начинают медленно расходиться друг от друга, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.
На поверхности океана плавает большое количество объектов различной природы, как антропогенного происхождения (например пластиковый мусор или пятна нефти различного размера), так и пассивно дрейфующие биоорганизмы. Под действием поверхностных океанских течений все эти объекты перераспределяются и могут либо собираться в кластеры, либо расходиться друг от друга на достаточно большие расстояния.
Определение механизмов, по которым происходит перераспределение дрейфующих объектов — одна из задач, имеющих важное практическое значение. Сейчас модели, которые используются для решения подобных задач, основаны на кинетической теории газов. Основными принципами, на которых строятся эти модели, являются отсутствие у течений вертикальной компоненты скорости и его недивергентность (то есть в рамках модели считается, что объекты, которые изначально находятся близко друг к другу, могут разойтись на довольно большое расстояние, но при этом суммарная площадь, которую они занимают на поверхности, не изменяется).
Чтобы проверить применимость используемой модели не только относительно небольших масштабах (порядка нескольких метров), океанографы из США и Канады под руководством Эрика Д’Азаро (Eric A. D’Asaro) из Вашингтонского университета провели анализ траекторий объектов, которые пассивно дрейфуют по поверхности Мексиканского залива. В рамках исследования ученые проанализировали по данным спутникового наблюдения траектории объектов, плавающих по поверхности Мексиканского залива недалеко от места аварии на нефтяной станции Deepwater Horizon в 2010 году. Всего ученые изучили примерно 200 объектов, которые изначально находились на площади около 400 квадратных километров, и проследили за их перемещением в течение 40 суток. Природу исследованных дрейфующих объектов авторы работы не уточняют.
Траектории дрейфующих объектов ученые также использовали для анализа направления поверхностных течений (верхних 65 сантиметров воды). Для оценки температуры, солености воды, и направления течений на глубине до 150 метров использовались данные, полученные с помощью измерений приборов на кораблях и исследовательских самолетах.
Оказалось, что более половины исследованных объектов в течение недели концентрируются на небольшой области площадью менее 4 квадратных километров, после чего перемещаются по поверхности в виде единых крупных кластеров размером менее 100 метров. Суммарная площадь, которую занимают эти объекты на поверхности, при этом сокращается примерно в 100 тысяч раз. После этого дрейфующие объекты начинают медленно расходиться и могут описываться теми моделями, которые для них использовались ранее.
По словам ученых, изначальное концентрирование плавающих объектов происходит под действием вихревых потоков, а кластеры формируются в области, где встречаются два течения различной плотности. По словам океанологов, учет совместного действия двух этих механизмов: образования кластеров из небольших объектов и их последующего расхождения — может помочь разработать эффективные способы сбора плавающего мусора, ликвидации последствий техногенных аварий, а также объяснить условия образования сообществ планктонных микроорганизмов.
Проблема распространения пластикового мусора по поверхности моря становится все более и более актуальной. За счет поверхностных течений пластиковыми отходами засоряются даже отдаленные необитаемые острова. В частности, на необитаемом острове Хендерсон в прошлом году было обнаружено более 17,5 тонн пластиковых отходов, которые прибило на берег тихоокеанскими течениями. Чтобы решить проблему увеличения пластиковых отходов, ученые разрабатывают специальные автоматические устройства, которые могут работать автономно и очищать поверхность моря.
Александр Дубов