Hạt vi nhựa có hình dạng thon dài di chuyển xa hơn trong môi trường – Thế Giới Vật Lý

Hạt vi nhựa có hình dạng thon dài di chuyển xa hơn trong môi trường – Thế Giới Vật Lý

Dấu thời gian: 11 tháng 2023 năm 3 47:XNUMX sáng

Chuyển động vi mô
Dòng chảy vi mô: sơ đồ này minh họa cách các sợi nhựa nhỏ di chuyển trong môi trường. (Được phép: Shuolin Xiao et al/Nature Geoscience)

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã chỉ ra rằng hình dạng của sợi vi nhựa cho phép chúng di chuyển xa hơn trong không khí so với các hạt hình cầu. Trong một nghiên cứu mới, nhóm nghiên cứu tại Đại học Cornell và Đại học bang Utah đã mô hình hóa luồng không khí hỗn loạn xung quanh các hạt vi nhựa và phát hiện ra rằng phạm vi của các chất ô nhiễm này trong khí quyển rất nhạy cảm với hình dạng của chúng. Ngược lại với các mô hình khí quyển và quan sát thực địa, kết quả của họ cho thấy rằng đại dương là nguồn chứa vi nhựa lớn hơn so với các mô hình trước đây đã chỉ ra.

Các hạt vi nhựa được thải ra từ các quá trình công nghiệp và sự phân hủy của các đồ vật như chai lọ đã được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi trên đại dương, bao gồm cả biển sâu. Gần đây, vi nhựa cũng đã được tìm thấy trên đất liền ở những môi trường được cho là nguyên sơ, bao gồm cả vùng núi Pyrenees của Pháp. Tuy nhiên, so với đại dương, việc vận chuyển vi nhựa trong không khí chưa được nghiên cứu rộng rãi. Mặc dù các tác động chưa được biết đầy đủ, nhưng có mối lo ngại rằng sự tích tụ của vi hạt nhựa có thể phá vỡ các quá trình của đất và thực vật, đồng thời hoạt động như một vật trung gian truyền các hóa chất độc hại.

Dự án này được dẫn dắt bởi Shuolin Xiao, một postdoc ở nhóm của Tề Lệ tại Đại học Cornell. Xiao và các đồng nghiệp của ông muốn biết hình dạng và kích thước của các hạt vi nhựa ảnh hưởng như thế nào đến sự vận chuyển khí quyển của chúng trên toàn cầu. Xiao chọn vấn đề này vì vi nhựa là những sợi dài, nhưng các phương pháp tiếp cận hiện tại mô hình hóa chúng có dạng hình cầu. Xiao nói: “Nó đặt ra những thách thức cả về mặt lý thuyết và mô hình hóa để theo dõi những vấn đề này trên quy mô lớn”.

Giao thông tăng cường nhiễu loạn

Cùng với sự phân hủy của các sản phẩm tiêu dùng, hạt vi nhựa có thể xâm nhập vào bầu khí quyển từ đường giao thông và các quy trình công nghiệp. Người ta cũng cho rằng gió, sóng và nước biển phun trên bề mặt đại dương có thể truyền vi nhựa vào khí quyển.

Tốc độ một hạt rơi ra khỏi không khí phụ thuộc vào sự cân bằng giữa lực khí động học và lực hấp dẫn. Dòng chất lỏng xung quanh các vật thể mảnh mai như sợi vi nhựa đã được nghiên cứu rộng rãi, nhưng sự hỗn loạn của khí quyển đặt ra một thách thức lớn hơn. Dòng chảy rối tạo ra mômen xoắn lên sợi, do đó hướng của nó và do đó tốc độ lắng của nó thay đổi liên tục. Sự tương tác giữa các lực hỗn loạn và quán tính của sợi nhựa quyết định mức độ quay của nó. Bằng cách đưa mô-men xoắn vào mô hình dòng chất lỏng, các nhà nghiên cứu đã phát triển dự đoán về thời gian tồn tại của một sợi vi nhựa nhất định trong không khí.

Mô hình cho thấy sợi vi nhựa tồn tại trong không khí lâu hơn các hạt hình cầu có cùng thể tích. Ngoài ra, sợi dẹt rơi xuống đất chậm hơn tới bốn lần rưỡi so với sợi tròn. Khi một sợi rất mỏng, rất khó xác định chính xác hình dạng mặt cắt ngang và các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng điều này có thể gây ra sai số đáng kể cho các mô hình vận chuyển khí quyển.

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp kết quả của họ với mô hình và phép đo quy mô lớn để hiểu cách thức vi nhựa có thể được vận chuyển đến các vùng sâu vùng xa. Dữ liệu thực địa được lấy tại các khu vực được bảo vệ ở Hoa Kỳ. Ở mỗi nơi, kích thước, hình dạng và tốc độ lắng đọng của vi nhựa đều được đo. Nguồn vi nhựa được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu về gió, nước biển, độ ẩm của đất và việc sử dụng đất. Thông tin này và sự lắng đọng phụ thuộc vào hình dạng đã được thêm vào mô hình lưu thông không khí trong khí quyển hiện có. Điều này phù hợp với dữ liệu quan sát, dẫn đến dự đoán về nguồn nào đóng góp nhiều nhất vào việc vận chuyển vi nhựa trong không khí trên quy mô lớn.

Nghiên cứu cho thấy hầu hết các vi sợi trong các mẫu được thu thập đều đến từ đại dương. Mặc dù có những điểm không chắc chắn trong mô hình, nhưng điều này trái ngược với trước nghiên cứu giả định các hạt hình cầu và xác định đường là tác nhân đóng góp lớn nhất.

Công trình này cho thấy rằng ngay cả với các mô hình khí hậu phức tạp, các lý thuyết về sự vận chuyển vi nhựa trong khí quyển đòi hỏi phải xử lý chính xác các quá trình ở quy mô vi mô. Li nói rằng cô hy vọng rằng vai trò của khí quyển trong vòng đời của nhựa sẽ được nghiên cứu sâu hơn. “Chúng tôi nghĩ rằng đại dương là nơi chìm đắm cuối cùng. Nhưng có lẽ chúng ở trên không, ở khắp mọi nơi.”

Nghiên cứu được mô tả trong Nature Geoscience.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý