stringtranslate.com

Морская пена

Морская пена, выброшенная на берег или выброшенная ветром

Морская пена , океанская пена , пляжная пена или пена — это тип пены , образующейся при перемешивании морской воды , особенно когда она содержит более высокие концентрации растворенных органических веществ (включая белки , лигнины и липиды ), полученных из таких источников, как разложение цветущих водорослей в открытом море . [ 1] Эти соединения могут действовать как поверхностно-активные вещества или пенообразователи . Поскольку морская вода взбивается прибоями в зоне прибоя , прилегающей к берегу, поверхностно-активные вещества в этих турбулентных условиях захватывают воздух, образуя устойчивые пузырьки , которые прилипают друг к другу за счет поверхностного натяжения .

Морская пена — это глобальное явление, [1] и оно варьируется в зависимости от местоположения и потенциального влияния окружающей морской, пресноводной и/или наземной среды. [2] Из-за своей низкой плотности и стойкости пена может быть снесена сильными береговыми ветрами вглубь суши, к пляжу. Человеческая деятельность, такая как производство, транспортировка или разлив нефтепродуктов или моющих средств, также может способствовать образованию морской пены.

Формирование

Морская пена образуется в условиях, схожих с образованием морских брызг . Одним из главных отличий от образования морских брызг является наличие более высоких концентраций растворенного органического вещества из макрофитов и фитопланктона . Растворенное органическое вещество в поверхностных водах, которое может быть получено из естественной среды или из искусственных источников, обеспечивает стабильность образующейся морской пены. [3]

Связь между образованием морской пены и морских брызг . Темно-оранжевая линия указывает на процессы, общие для образования как морских брызг , так и морской пены.

Физические процессы, которые способствуют образованию морской пены, — это разрушение поверхностных волн , увлечение пузырьками, процесс включения или захвата пузырьков в жидкость, такую ​​как морская вода, и образование белой пены. [4] Разрушение поверхностных волн впрыскивает воздух из атмосферы в толщу воды, что приводит к образованию пузырьков. Эти пузырьки переносятся на несколько верхних метров поверхности океана из-за их плавучести . Самые маленькие пузырьки, увлекаемые в толщу воды, полностью растворяются, что приводит к более высокому содержанию растворенных газов в поверхностном слое океана. Пузырьки, которые не растворяются, в конечном итоге возвращаются на поверхность. По мере того, как они поднимаются, эти пузырьки накапливают гидрофобные вещества. Наличие растворенного органического вещества стабилизирует пузырьки, объединяясь вместе в морскую пену. [1] Некоторые исследования морской пены сообщают, что разрушение клеток водорослей во время сильных волн повышает вероятность образования морской пены. [3]

Падающие капли дождя на поверхность моря также могут способствовать образованию и разрушению морской пены. [5] Были проведены некоторые немеханистические исследования, демонстрирующие увеличение образования морской пены из-за обильных осадков. [2] Турбулентность в поверхностном смешанном слое может влиять на концентрацию растворенных органических веществ и способствовать образованию пены, богатой питательными веществами. [6]

Состав

Морская пена обычно содержит смесь разложившихся органических материалов.

Состав морской пены, как правило, представляет собой смесь разложившихся органических материалов, включая зоопланктон , фитопланктон , водоросли (включая диатомовые [7] ), бактерии , грибы , простейшие и детрит сосудистых растений , [6] хотя каждое появление морской пены отличается по своему конкретному содержанию. В некоторых областях обнаружено, что морская пена состоит в основном из белка , доминирующего как в свежей, так и в старой пене, а также из липидов и углеводов . Высокая концентрация белка и низкая концентрация углеводов предполагает, что сахара, изначально присутствовавшие в окружающей слизи, созданной водорослями или растительным веществом, были быстро потреблены бактериями. [3] Дополнительные исследования показали, что небольшая часть сухого веса морской пены составляет органический углерод , который содержит фенолы , сахара, аминосахара и аминокислоты . В заливе Фанди высокие показатели смертности многочисленных трубчатых амфипод ( Corophium volutator ) в результате естественного вымирания, а также хищничества мигрирующих морских птиц способствовали высвобождению аминосахаров в окружающую среду и, таким образом, в морскую пену. [6]

Было обнаружено, что органическое вещество в морской пене резко увеличивается во время цветения фитопланктона в этом районе. [8] Некоторые исследования показали очень высокую концентрацию микропланктона в морской пене, со значительно большим количеством автотрофного фитопланктона, чем гетеротрофов . [7] Некоторые пены особенно богаты популяцией диатомовых водорослей, которые в некоторых случаях могут составлять большую часть биомассы микроводорослей . [ 7] Разнообразие бактерий также присутствует в морской пене; старая пена, как правило, имеет более высокую плотность бактерий. Одно исследование показало, что 95% бактерий морской пены были палочковидными, в то время как окружающая поверхностная вода содержала в основном бактерии коккоидной формы и только 5% - 10% палочковидных бактерий. [3] Существует также сезонная изменчивость состава морской пены; [6] в некоторых регионах в морской пене наблюдается сезонное появление пыльцы, которая может изменить ее химический состав. [2] Хотя пена по своей природе не токсична, она может содержать высокие концентрации загрязняющих веществ. [1] Пузырьки пены могут быть покрыты или содержать эти материалы, которые могут включать нефтяные соединения, пестициды и гербициды . [1]

Долговечность и стабильность

Морская пена у острова Ванкувер

Структурно морская пена термодинамически нестабильна, хотя некоторая морская пена может сохраняться в окружающей среде максимум несколько дней. Существует два типа морской пены, классифицированные на основе их стабильности: 1) Нестабильная или кратковременная пена имеет очень короткое время жизни, всего несколько секунд. Пузырьки, образующиеся в морской пене, могут лопаться, высвобождая аэрозоли в воздух, способствуя образованию морских брызг . 2) Метастабильная пена может иметь время жизни от нескольких часов до нескольких дней; их продолжительность иногда приписывается мелким частицам кремния , кальция или железа , которые способствуют стабильности и долговечности пены. [1] Кроме того, морская вода, которая содержит высвобожденный растворенный органический материал из фитопланктона и макрофитных водорослей, который затем перемешивается в своей среде, с наибольшей вероятностью образует стабильную, более длительную пену по сравнению с морской водой, в которой отсутствует один из этих компонентов. Например, отфильтрованная морская вода при добавлении к листьям ламинарии Ecklonia maxima образовывала пену, но ей не хватало стабильности, которую обеспечивала неотфильтрованная морская вода. Кроме того, водоросли, которые содержались в проточной воде, что уменьшало их слизистое покрытие, не могли способствовать образованию пены. [3] Также обнаружено, что различные типы соли оказывают различное воздействие на близость пузырьков в морской пене, тем самым способствуя ее стабильности. [1]

Экологическая роль

Источник пищи

Пузырьки пены, обогащенной планктоном, остались в приливной зоне после прилива

Присутствие морской пены в морской среде играет ряд экологических ролей, включая предоставление источников пищи и создание среды обитания. Как источник пищи, морская пена со стабильным составом более важна с экологической точки зрения, поскольку она способна дольше сохраняться и может переносить питательные вещества в морской среде. [3] Более длительное время распада приводит к более высокой вероятности того, что энергия, содержащаяся в морской пене, переместится вверх по пищевой цепи на более высокие трофические уровни . [3] Например, в заливе Фанди обитающий в трубке амфипод Corophium volutator может потенциально удовлетворять 70% своих потребностей в питании за счет сахаров и аминокислот, полученных из морской пены в его среде. Однако иногда было обнаружено, что морская пена токсична для этого вида. Считается, что высокие концентрации фенолов и/или случайное присутствие тяжелых металлов или пестицидов, включенных в морскую пену с поверхности моря, способствовали ее токсичности. [6] На западном побережье полуострова Кейп , Южная Африка , морская пена часто встречается в прибрежных морских районах с большими зарослями водорослей в периоды сильных западных ветров. Считается, что пена, образующаяся в этих условиях, является важным источником пищи для местных организмов из-за наличия органического детрита в морской пене. [3]

Транспортировка материалов

Морская пена также действует как способ транспортировки как организмов, так и питательных веществ в морской среде, а иногда и в приливной или наземной среде. Волновое воздействие может откладывать пену в приливных зонах, где она может оставаться, когда отлив отступает, принося питательные вещества в приливную зону. [6] Кроме того, морская пена может переноситься по воздуху в ветреную погоду, транспортируя материалы между морской и наземной средой. [2] Считается, что способность морской пены транспортировать материалы также приносит пользу макроводорослевым организмам, поскольку пропагулы макроводорослей могут переноситься в различные микросреды, тем самым влияя на приливной ландшафт и способствуя новым возможным экологическим взаимодействиям. [9] Поскольку морская пена является влажной средой, она является благоприятной средой обитания для спор водорослей, где пропагулы могут прикрепляться к субстрату и избегать риска распространения . [9] Когда морская пена содержит грибы, она также может способствовать разложению останков растений и животных в прибрежных экосистемах. [2]

Место обитания

Кроме того, морская пена является средой обитания для ряда морских микроорганизмов . Некоторые исследования показали наличие различных микрофитопланктонных, нанофитопланктонных и диатомовых групп в морской пене; группы фитопланктона появились в значительно большем количестве, чем в пленке морской поверхности и верхней пелагической зоне [7]

Опасности

Токсичность

Естественная морская пена по своей природе не токсична ; однако она может подвергаться воздействию высоких концентраций загрязняющих веществ в поверхностном микрослое, образующихся в результате распада цветущих водорослей, производства и транспортировки ископаемого топлива, а также стока ливневых вод. [1] Эти загрязняющие вещества способствуют образованию вредной морской пены посредством адсорбции на пузырьках. Пузырьки могут лопаться и выделять токсины в атмосферу в виде морских брызг или аэрозолей , или они могут сохраняться в пене. Токсины, выделяемые через аэрозоли и лопающиеся пузырьки, могут вдыхаться людьми. Микроорганизмы, которые занимают морскую пену в качестве среды обитания, имеют повышенную восприимчивость к воздействию загрязняющих веществ. [10] Следовательно, эти токсичные вещества могут быть включены в трофическую пищевую сеть . [1]

Вредное цветение водорослей

Пена может образовываться после деградации вредоносного цветения водорослей (HAB). Они в основном состоят из видов водорослей, но также могут состоять из динофлагеллят и цианобактерий . [11] Биомасса водорослей в цветении интегрируется в морскую пену в микрослое морской поверхности. [9] Когда затронутая морская пена распадается, токсины из водорослей высвобождаются в воздух, вызывая проблемы с дыханием и иногда вызывая приступы астмы. [12] Phaeocystis globosa — один из видов водорослей, который считается проблемным, как было отмечено в исследовании, проведенном в Нидерландах. [11] Его высокое накопление биомассы позволяет ему создавать большое количество токсичной пены, которая часто вымывается на пляжи. Цветение P. globosa начинается в районах с высокой доступностью питательных веществ, часто связанных с прибрежными зонами с большим количеством ливневых стоков и эвтрофикацией . Исследования показывают, что образование пены напрямую связано с цветением, вызванным P. globosa , несмотря на то, что образование пены обычно происходит примерно через две недели после появления цветения водорослей вдали от берега. Органический материал P. globosa разлагается, находясь на поверхности моря, но не наблюдается ниже в толще воды. P. globosa также считается неприятным видом, поскольку его крупные пенные образования мешают людям наслаждаться пляжем. [11]

Деятельность человека

В то время как морская пена является обычным результатом перемешивания морской воды, смешивая органические материалы на поверхности океана, деятельность человека может способствовать образованию избыточной и часто токсичной пены. [1] В дополнение к органическим маслам, кислотам и белкам, которые накапливаются в микрослое морской поверхности , соединения, полученные в результате добычи и транспортировки нефти, синтетические поверхностно-активные вещества и использование пестицидов, могут попадать на поверхность моря и включаться в пену. Присутствующие загрязняющие вещества также могут влиять на стойкость образующейся пены. Сырая нефть, сбрасываемая с танкеров, моторное масло, сточные воды и моющие средства из загрязненных стоков, могут создавать более длительные пены. [1] В одном исследовании было обнаружено, что полихлорированные бифенилы (ПХБ), стойкие органические загрязнители , накапливаются в морской пене. [10] Некоторые эксперты и органы здравоохранения рекомендуют избегать контакта с морской пеной в озерах, реках и морях, загрязненных ПФАС , поскольку было обнаружено, что эти вещества накапливаются в морской пене в высоких концентрациях. [13] [14] [15] Искусственное микропластиковое загрязнение может накапливаться в прибойных волнах и повышать устойчивость морской пены. [16]

Терминалы природного газа были названы в качестве факторов, способствующих производству модифицированных пен из-за процесса использования морской воды для преобразования природного газа в сжиженный природный газ . [17] Одно исследование показало гораздо большее обилие гетеротрофных прокариот (архей и бактерий) и цианобактерий в пене, которая была образована вблизи терминала сжиженного природного газа. Эти прокариоты были способны перерабатывать химические материалы, сбрасываемые с терминала, что усиливало рост микроорганизмов. Кроме того, более высокие уровни общего органического углерода (TOC) и биомассы планктона были зарегистрированы в пене, образованной в непосредственной близости от терминала. Органический углерод легко переносился в пелагическую пищевую сеть после поглощения прокариотами и проглатывания травоядными. [17]

Известные события

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Шиллинг, Катерина; Зесснер, Маттиас (1 октября 2011 г.). «Пена в водной среде». Water Research . 45 (15): 4355–4366. Bibcode : 2011WatRe..45.4355S. doi : 10.1016/j.watres.2011.06.004. ISSN  0043-1354. PMID  21757217.
  2. ^ abcde ГАРОЛЬД, Э.; ШЛИХТИНГ, МЛАДШИЙ. (1971). «Предварительное исследование водорослей и простейших в морской пене». Ботаника Марина . 14 (1). дои :10.1515/ботм.1971.14.1.24. ISSN  0006-8055. S2CID  84135769.
  3. ^ abcdefgh Велимиров, Б. (1980). «Формирование и потенциальное трофическое значение морской пены вблизи зарослей водорослей в системе апвеллинга Бенгельской реки». Морская биология . 58 (4): 311–318. Bibcode : 1980MarBi..58..311V. doi : 10.1007/bf00390779. ISSN  0025-3162. S2CID  86228098.
  4. ^ "Является ли морская пена спермой кита | STP News". 6 июня 2023 г. Получено 6 июня 2023 г.
  5. ^ Верон, Фабрис (3 января 2015 г.). «Ocean Spray». Annual Review of Fluid Mechanics . 47 (1): 507–538. Bibcode : 2015AnRFM..47..507V. doi : 10.1146/annurev-fluid-010814-014651. ISSN  0066-4189.
  6. ^ abcdef Крейг, Дуглас; Айрленд, Роберт Дж.; Берлохер, Феликс (сентябрь 1989 г.). «Сезонные изменения в органическом составе морской пены». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии . 130 (1): 71–80. doi :10.1016/0022-0981(89)90019-1. ISSN  0022-0981.
  7. ^ abcd Дружков, Николай В.; Макаревич Павел Романович; Бардан, Сергей И. (12 января 1997 г.). «Морская пена как объект изучения пленки морской поверхности». Полярные исследования . 16 (2): 117–121. дои : 10.3402/polar.v16i2.6630 . ISSN  1751-8369.
  8. ^ O'Dowd, Colin; Ceburnis, Darius; Ovadnevaite, Jurgita; Bialek, Jakub; Stengel, Dagmar B.; Zacharias, Merry; Nitschke, Udo; Connan, Solene; Rinaldi, Matteo (14 октября 2015 г.). "Connecting marine productivity to sea-spray via nanoscale biology processes: Phytoplankton Dance or Death Disco?". Scientific Reports . 5 : 14883. Bibcode : 2015NatSR...514883O. doi : 10.1038/srep14883. ISSN  2045-2322. PMC 4604474. PMID  26464099 . 
  9. ^ abc Meneses, Isabel (июнь 1993 г.). «Пена как диспергирующий агент в каменистой приливной зоне центрального Чили». European Journal of Phycology . 28 (2): 107–110. Bibcode : 1993EJPhy..28..107M. doi : 10.1080/09670269300650171 . ISSN  0967-0262.
  10. ^ ab Napolitano, Guillermo E.; Richmond, Jacqueline E. (февраль 1995 г.). «Обогащение биогенных липидов, углеводородов и ПХБ в пенах на поверхности потока». Environmental Toxicology and Chemistry . 14 (2): 197–201. doi :10.1002/etc.5620140203. ISSN  0730-7268.
  11. ^ abc Blauw, AN; Los, FJ; Huisman, J.; Peperzak, L. (ноябрь 2010 г.). «Неприятные пенные явления и цветение Phaeocystis globosa в прибрежных водах Нидерландов, проанализированные с помощью нечеткой логики». Журнал морских систем . 83 (3–4): 115–126. Bibcode : 2010JMS....83..115B. doi : 10.1016/j.jmarsys.2010.05.003. ISSN  0924-7963.
  12. ^ «Почему происходит вредоносное цветение водорослей?». Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Получено 28 ноября 2018 г.
  13. ^ «PFAS в морской воде и морской пене ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ОТЧЕТ» (PDF) . Фламандский институт технологических исследований . Январь 2023 г.
  14. ^ "FAQ: Пена PFAS на озерах и ручьях". Департамент здравоохранения и социальных служб Мичигана .
  15. ^ Бергквист, Лиза. «PFAS возвращается, чтобы преследовать нас – через морские брызги - Стокгольмский университет Балтийского моря Центр». www.su.se . Получено 24 июля 2024 г.
  16. ^ Бергфройнд, Йотам; Вобилл, Чиатта; Эверс, Фредерик М.; Хохермут, Бенджамин; Берч, Паскаль; Лебретон, Лоран; Виндхаб, Эрих Дж.; Фишер, Питер (1 июля 2024 г.). «Влияние загрязнения микропластиком на прибойные волны». Физика жидкостей . 36 (7). doi :10.1063/5.0208507.
  17. ^ ab Franzo, Annalisa; Karuza, Ana; Celussi, Mauro; Fornasaro, Daniela; Beran, Alfred; Di Poi, Elena; Del Negro, Paola (17 апреля 2015 г.). «Производство пены как побочный эффект морского терминала сжиженного природного газа: как с этим справляется планктон?». Environmental Science and Pollution Research . 22 (11): 8763–8772. Bibcode : 2015ESPR...22.8763F. doi : 10.1007/s11356-015-4499-2. ISSN  0944-1344. PMID  25877905. S2CID  30716771.
  18. ↑ Саманта Уильямс, Ямба попала под пенную пену, The Daily Telegraph , 27 августа 2007 г., дата обращения 5 ноября 2010 г.
  19. ↑ Эрик Шекл, Австралия с пеной у рта. Архивировано 14 марта 2012 г. на Wayback Machine , OhmyNews , 26 января 2008 г., дата обращения 5 ноября 2010 г.
  20. ↑ Бретт М. Кристенсен, Взбитый океан – Пляжная пена в Ямбе, Новый Южный Уэльс. Архивировано 8 октября 2016 г. на Wayback Machine , Hoax-Slayer.com , август 2008 г. Доступ получен 5 ноября 2010 г.
  21. ↑ А. Ландер, Пена вернулась!, Sunshine Coast Daily , 20 февраля 2008 г., дата обращения 5 ноября 2010 г.
  22. ↑ А. Ландер, Нет места лучше пены, Sunshine Coast Daily , 24 января 2008 г. Получено 5 ноября 2010 г.
  23. ↑ Марк Ферлер, «Пена — мировой хит», Sunshine Coast Daily , 26 января 2008 г., дата обращения 5 ноября 2010 г.
  24. ^ "Морская пена затопила автомобили на морском курорте Кливлис". BBC News. 29 декабря 2011 г. Получено 30 ноября 2012 г.
  25. ^ "Такер Барнс из FOX 5 преодолевает морскую пену в Оушен-Сити". Fox 5. Архивировано из оригинала 16 января 2012 года.
  26. ^ "Пена накрыла Шотландию, когда штормы обрушились на нее". BBC News. 28 сентября 2012 г. Получено 30 ноября 2012 г.
  27. ^ "Sunshine Coast Winter Wonderland". Ninemsn. 28 января 2013 г. Архивировано из оригинала 29 января 2013 г. Получено 28 января 2013 г.
  28. ^ "Восточное побережье: морская пена, поднимаемая штормами, может быть опасна для здоровья, предупреждает токсиколог". abc.net.au. 7 июня 2016 г. Получено 11 сентября 2017 г.
  29. ^ "Густая морская пена накатывает на пляж Сарина во время циклона Дебби". abc.net.au. 28 марта 2017 г. Получено 11 сентября 2017 г.
  30. ↑ Шторм Офелия: Город окутан пеной, поскольку бывший ураган стал причиной необычного погодного явления The Independent, 16 октября 2017 г. Дата обращения 18 октября 2017 г.
  31. ^ "Элеанор устраивает вечеринку с морской пеной для собаки". BBC News . Получено 4 января 2018 г.
  32. ^ «Это не снег: шторм поднимает морскую пену на пляж Нантаскет». CBS Boston . 11 октября 2019 г. Получено 14 октября 2019 г.
  33. ^ "Морская пена затопила испанские улицы". BBC News . Получено 22 января 2020 г.
  34. ^ «Трагедия серфинга, которая ошеломила голландское пляжное сообщество». BBC News . 11 июня 2020 г. Получено 11 июня 2020 г.
  35. ^ Chothia, Andrea. "Шторм в Кейптауне: штормовые ветры, волны и морская пена обрушиваются на город-мать". The South African . Получено 15 июля 2020 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме « Морская пена» .