Granica između okeana i atmosfere, gde vazduh i more u interakciji, poznata je kao mikrosloj površine mora. Razumevanje načina na koji se hranljive materije, zagađivači i organske materije razmenjuju između vazduha i mora takođe je od vitalnog značaja za bolje razumevanje uloge koju oni igraju u regulisanju ciklusa ugljenika i klime.
Problem je, međutim, što je proučavanje mikrosloja površine mora izuzetno dugotrajan poduhvat koji može predstavljati mnoge izazove.
Da bi bolje razumeli interakcije vazduh-more biogeohemijski važnih sastojaka kao što su gasovi i različite čestice, istraživači sa Univerziteta Delaver i Univerziteta Džordžije (UGA) nedavno su sproveli istraživačko krstarenje na brodu UD-ovog istraživačkog broda Hugh R. Sharp kako bi proučavali more površinski mikrosloj u severnom Atlantskom okeanu.
Istraživački tim je preduzeo dva prethodna krstarenja koja su prekinuta zbog olujnog vremena i pandemije COVID-19.
Andrev Vozniak, vanredni profesor na Školi za nauku o moru i politici (SMSP), je voditelj projekta UD, dok je voditelj projekta za UGA Amanda Frossard, vanredna profesorica na Odsjeku za hemiju na UGA.
Voznijak je rekao da je mikrosloj površine mora jedinstveno mikro-okruženje.
„Ona akumulira organski materijal određene vrste, a zatim dođe do interfejsa vazduh-more i tamo se akumulira, a to stvara interesantna fizička svojstva koja utiču na razmenu materijala napred i nazad“, rekao je Voznijak.
„Mislili smo da ako možemo bolje da razumemo kako se hemija organske materije menja u prostoru i vremenu zbog okeanskih procesa i biologije, onda ćemo bolje razumeti kako se ovi gasovi razmenjuju i kako čestice koji se emituju u atmosferu mogu uticati na atmosfersku hemiju.“
Frossard je objasnio da je istraživački tim zainteresovan za proučavanje onoga što je poznato kao surfaktanti, jedinjenja koja smanjuju površinski napon tečnosti kao što je morska voda i akumuliraju se u površinskim vodama i mikrosloju površine mora zbog njihovog afiniteta za površine i interfejse, kao što je podizanje mehurići u okeanu.
Jedan od glavnih ciljeva projekta je da se sagledaju i bolje razumeju ove surfaktante.
„Želimo da razumemo koji su surfaktanti u okeanu, kako se razdvajaju na mikrosloj i šta utiče na njihovu koncentraciju i njihov sastav“, rekao je Frossard. „Ovde prikupljamo uzorke, neke obrađujemo na brodu, ali sve ih vraćamo u laboratoriju da uradimo različite analize.
„Koristićemo ove rezultate da bismo razumeli mikrosloj površine mora i dalje razumeli razmenu gasova vazduh-more, kao i emisiju čestica iz okeana u atmosferu.
Istraživanje mikrosloja površine mora je sve samo ne lako. Kao što se vidi iz prethodnih krstarenja koja su naišla na nepredviđene komplikacije, okeanografski rad zahteva upornost usred mora izazova.
Za eksperiment, istraživači na brodu sproveli su skup bioloških i hemijskih analiza, za koje je potrebno mnogo materijala.
Površinski mikrosloj je neverovatno tanak, debljine 100 mikrometara, što je otprilike debljina komada papira za kopiranje. Jedan od načina na koji istraživači prikupljaju materijal je potapanje staklene ploče u vodu, a zatim uzimanje brisača za struganje vode koja se zalepila za ploču u bocu.
„Kao što možete da zamislite, za to je potrebno mnogo vremena“, rekao je Voznijak. „Ono što želimo je oko jedan i po litar vode, a svaki put kada to uradite sakupite oko sedam mililitara.
Radeći sa posadom na brodu R/V Sharp—Jon Svallov, Timothi Deering i James Varrington—tim je usavršio svoju tehniku sakupljanja kako bi pomogao da se poboljša njihov metod uzorkovanja.
Koristili su Rozet uzorkivač, uređaj koji se koristi za uzorkovanje vode u dubokoj vodi. Taj tip uzorkivača obično ide sa strane broda opremljenog flašama, tako da kada se spusti, vraća se sa flašama vode.
Za ovaj eksperiment, međutim, opremili su Rozetu komadima stakla.
„Izvlačimo uzorkivač sa zadnjeg dela čamca, umočimo ga, podignemo i vratimo na brod, a zatim stružemo staklo“, rekao je Voznijak. „To radimo iznova i iznova da prikupimo dovoljno vode da se kombinuje za uzorak. Potrebno nam je oko dva sata da to uradimo i računamo koliko puta ovo radimo, tako da imamo evidenciju o tome koliko je potrebno da prikupiti uzorke.“
Voznijak je rekao da je ideja da kada staklena ploča padne u vodu i ponovo se podigne, materijal na površini je poslednja stvar koju dodiruje. Ti molekuli surfaktanta privlače staklenu ploču i prijanjaju za nju. Dok izlazi, nešto od onoga što kaplje uglavnom je ta voda ispod.
„Zovu se molekuli surfaktanta jer smanjuju površinski napon i to svojstvo površinskog napona će uticati na turbulenciju na tom interfejsu vazduh-voda“, rekao je Voznijak. „Ta turbulencija je ključni faktor u tome kako gasovi mogu da se kreću napred-nazad. Sa više turbulencije, imaćete više razmene materijala.“
Trenutno, način za kvantifikaciju kako se nešto poput ugljen-dioksida razmenjuje napred-nazad zasniva se na brzini vetra jer će vetar uticati na tu turbulenciju. Ali ti modeli imaju velike granice greške, a misli se da su te greške delimično posledica uticaja drugih faktora kao što su ovi surfaktanti.
„Ostrugavši ovo sa stakla, konsolidovali ste taj tanak sloj“, rekao je Voznijak. „Ovo je bilo naše rešenje za proučavanje mikrosloja morske površine i zaista je odličan primer saradnje između posade broda i naučnika u rešavanju pravog izazova.“
Kada su uzorci sakupljeni, istraživači su izvršili svoje analize ili na brodu ili nazad u laboratorijama u svojim matičnim institucijama.
