Mikroplastika je globalni problem: završava u rekama i okeanima, akumulira se u živim organizmima i narušava čitave ekosisteme. Kako se sitne čestice ponašaju u struji teško je naučno opisati, posebno u slučaju tankih vlakana, koja čine više od polovine mikroplastične kontaminacije u morskim oblicima života. U turbulentnim strujama skoro je nemoguće predvideti njihovo kretanje.
Naučnici sa TU Vien (Beč) su sada uspeli da okarakterišu ponašanje takvih mikroplastičnih vlakana u eksperimentima u protoku kanala uz pomoć kamera velike brzine. Ovo bi sada trebalo da bude osnova za nove modele koji se mogu koristiti za predviđanje širenja mikroplastike na globalnom nivou.
Rezultati su objavljeni u časopisu Physical Review Letters.
„Kako se mikroplastične čestice kreću, raspršuju i talože zavisi od njihove rotacione dinamike“, objašnjava Vlad Giurgiu, prvi autor trenutne publikacije i doktorant u timu profesora Alfreda Soldatija na TU Beču.
„Ovo je lako analizirati u slučaju skoro sferičnih čestica. Ali obično su mikroplastika izdužena, zakrivljena vlakna.“ U ovom slučaju dolazi do komplikovanih efekata: Vlakna se mogu rotirati u sva tri prostorna pravca, a ova rotacija takođe utiče na njihovu interakciju sa okolnim tokom.
„U savršeno ujednačenom, laminarnom toku mogli bismo teoretski da predvidimo ponašanje jednostavnih objekata, poput sfera ili elipsoida“, kaže Marko De Paoli, koji sarađuje sa timom na Institutu za mehaniku tečnosti i prenos toplote na TU Vien.
„Ali u stvarnom svetu, nemate posla ni sa savršeno laminarnim tokovima niti sa savršeno simetričnim česticama. Umesto toga, prisutni su turbulencija i složeni oblici, koji značajno utiču na transport čestica. To onemogućava teorijska predviđanja.“
Šta se tačno dešava, teško je izračunati. „Već su postojale različite kompjuterske simulacije, ali one se oslanjaju na pojednostavljene modele da bi opisali ponašanje vlakana“, kaže Giurgiu. „Zbog toga su vam potrebni eksperimentalni podaci sa kojima možete da uporedite i poboljšate ove teorijske modele.
Upravo ovakvi podaci mogu se dobiti u TU Vien Turbulent Vater Channel, koji se nalazi u Naučnom centru Arsenal (Beč). Kontrolisani tokovi se mogu generisati na dužini puta od 8,5 metara. Mala, zakrivljena mikroplastična vlakna dužine 1,2 milimetra su uvedena u vodu i izložena turbulentnom toku.
Tim je instalirao šest specijalnih kamera neposredno iznad površine vode: na frekvenciji od 2.000 slika u sekundi, prikupljali su slike visoke rezolucije mikroplastičnih čestica u struji. Trodimenzionalni položaj i orijentacija svake pojedinačne mikroplastične čestice se zatim može izračunati analizom ovih slika.
„Teoretski, ovo bi takođe funkcionisalo sa samo dve kamere, ali sa šest kamera, podaci su još pouzdaniji i tačniji, posebno kada je koncentracija čestica visoka“, objašnjava Đuzepe Karlo Alp Karidi, koautor studije i šef. optičke rekonstrukcije na Institutu za mehaniku fluida i prenos toplote na TU Beč.
Na ovaj način se može izvući velika količina podataka o kretanju stotina hiljada mikroplastičnih čestica i potom statistički analizirati. „Na primer, pokazalo se da vlakna pokazuju potpuno drugačije ponašanje u blizini zida nego u sredini toka vode, daleko od zidova“, objašnjava Giurgiu.
To znači da su sada po prvi put dostupni pouzdani podaci za validaciju teoretskih proračunskih modela o ponašanju takvih čestica. U budućnosti bi takođe trebalo biti moguće predvideti širenje mikroplastičnih vlakana u velikim razmerama.
„Zamislite da imate brod koji može da filtrira mikroplastiku iz morske vode“, kaže De Paoli. „Onda treba da znate gde je najbolje poslati ovaj brod — na kraju krajeva, okean je zaista veliki. Ako precizno razumete ponašanje čestica, onda se odgovor može izračunati sa velikom pouzdanošću.“
