Морская пена - Sea foam

Для использования в других целях, см Морская пена (значения) .

Морская пена выброшена на пляж или унесена ветром

Море пена , океан пена , пляж пена , или пена представляет собой тип пены , созданное перемешивание морской воды , в частности , когда она содержит более высокие концентрации растворенного органического вещества ( в том числе белков , лигнинов и липидов ) , полученных из таких источников, как офшорный пробой из цветения водорослей . Эти соединения могут действовать как поверхностно-активные вещества или пенообразователи . Поскольку морская вода взбалтывается за счет прибойных волн 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, которое варьируется в зависимости от местоположения и потенциального влияния окружающей морской, пресноводной и / или земной среды. Из-за своей низкой плотности и стойкости пена может быть унесена сильным береговым ветром с берега моря вглубь суши. Деятельность человека, такая как производство, транспортировка или разлив нефтепродуктов или моющих средств, также может способствовать образованию морской пены.

Формирование

Морская пена образуется в условиях, аналогичных образованию морской пены . Одним из основных отличий от образования морских брызг является наличие более высоких концентраций растворенного органического вещества из макрофитов и фитопланктона . Растворенные органические вещества в поверхностных водах, которые могут быть получены из естественной окружающей среды или искусственно созданных источников, обеспечивают стабильность образующейся морской пены.

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

Физические процессы, которые способствуют образованию морской пены, - это разбивание поверхностных волн , унос пузырьков и образование белой шапки. При разрушении поверхностных волн воздух из атмосферы попадает в толщу воды, что приводит к образованию пузырей. Эти пузыри переносятся вокруг верхних нескольких метров поверхности океана из-за своей плавучести . Мельчайшие пузырьки, попавшие в толщу воды, полностью растворяются, что приводит к более высокому соотношению растворенных газов на поверхности океана. Пузырьки, которые не растворяются, в конечном итоге возвращаются на поверхность. По мере подъема в этих пузырьках накапливаются гидрофобные вещества. Присутствие растворенных органических веществ стабилизирует пузырьки, собираясь вместе в виде морской пены. Некоторые исследования морской пены показывают, что разрушение клеток водорослей во время сильных волн делает образование морской пены более вероятным.

Падающие капли дождя на поверхность моря также могут способствовать образованию и разрушению морской пены. Были проведены некоторые немеханистические исследования, демонстрирующие повышенное образование морской пены из-за сильных дождей. Турбулентность в поверхностном смешанном слое может повлиять на концентрацию растворенного органического вещества и способствовать образованию пены, насыщенной питательными веществами.

Состав

Морская пена обычно содержит смесь разложившихся органических материалов.

Состав морской пены обычно представляет собой смесь разложившихся органических материалов, включая зоопланктон , фитопланктон , водоросли (включая диатомовые водоросли ), бактерии , грибы , простейшие и детрит сосудистых растений , хотя каждое проявление морской пены различается по своему конкретному содержанию. В некоторых регионах морская пена состоит в основном из белка , преобладающего как в свежей, так и в старой пене, а также из липидов и углеводов . Высокая концентрация белка и низкая концентрация углеводов предполагают, что сахар, изначально присутствующий в окружающей слизи, созданной водорослями или растительным веществом, быстро потреблялся бактериями. Дополнительные исследования показали, что небольшая часть сухой массы морской пены составляет органический углерод , который содержит фенольные смолы , сахара, аминосахары и аминокислоты . В заливе Фанди высокая смертность большого количества амфипод, обитающих в трубках ( Corophium volutator ), в результате естественной гибели, а также хищничества мигрирующих морских птиц способствовала высвобождению аминосахара в окружающую среду и, таким образом, в морской пене.

Было обнаружено, что содержание органического вещества в морской пене резко увеличивается во время цветения фитопланктона в этом районе. Некоторые исследования показали очень высокую концентрацию микропланктона в морской пене со значительно большим количеством автотрофного фитопланктона, чем у гетеротрофов. Некоторые пены особенно богаты своей популяцией диатомовых водорослей, которые в некоторых случаях могут составлять большую часть биомассы микроводорослей . В морской пене также присутствует множество бактерий; старая пена 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 кокковидные бактерии и только 5-10% палочковидных бактерий. Также существует сезонная изменчивость состава морской пены; в некоторых регионах сезонное присутствие пыльцы в морской пене может изменить ее химический состав. Хотя пена по своей природе не токсична, она может содержать высокие концентрации загрязняющих веществ. Пузырьки пены могут быть покрыты или содержать эти материалы, которые могут включать нефтяные соединения, пестициды и гербициды .

Долговечность и стабильность

Морская пена у острова Ванкувер

Конструктивно морская пена термодинамически нестабильна, хотя некоторое количество морской пены может сохраняться в окружающей среде не более нескольких дней. Существует два типа морской пены, которые подразделяются на категории в зависимости от их стабильности: 1) Нестабильные или переходные пены имеют очень короткий срок службы, всего несколько секунд. Пузырьки, образующиеся в морской пене, могут лопнуть, выпуская в воздух аэрозоли, способствуя возникновению морских брызг . 2) метастабильные пены могут иметь срок службы от нескольких часов до нескольких дней; их продолжительность иногда связывают с небольшими частицами диоксида кремния , кальция или железа, которые способствуют стабильности и долговечности пены. Кроме того, морская вода, содержащая высвобожденный растворенный органический материал из фитопланктона и водорослей-макрофитов, который затем перемешивается в окружающей среде, с большей вероятностью будет давать стабильную и долговечную пену по сравнению с морской водой, в которой отсутствует один из этих компонентов. Так , например, фильтруют морскую воду с добавлением с листьями в бурых водорослей , Ecklonia максимумов, полученной пены , но ей не хватало стабильности , что нефильтрованный морской воды при условии. Кроме того, листья ламинарии, которые содержались в проточной воде, уменьшая их слизистую оболочку, не могли способствовать образованию пены. Также обнаружено, что различные типы соли по-разному влияют на близость пузырьков в морской пене, тем самым способствуя ее стабильности.

Экологическая роль

Источник еды

Пузырьки обогащенной планктоном пены остались в бассейне после прилива

Присутствие морской пены в морской среде играет ряд экологических ролей, включая обеспечение источников пищи и создание среды обитания. В качестве источника пищи морская пена со стабильным составом более важна с экологической точки зрения, поскольку она способна сохраняться дольше и может переносить питательные вещества в морской среде. Более длительное время распада увеличивает вероятность того, что энергия, содержащаяся в морской пене, переместится вверх по пищевой сети на более высокие трофические уровни . В заливе Фанди, например, трубка обитающих амфипода , Corophium volutator, потенциально могут достичь 70% своих потребностей в питании от сахаров и аминокислот , полученных из морской пены в его окружении. Однако временами морская пена оказывалась токсичной для этого вида. Считается, что высокие концентрации фенольных соединений и / или случайное присутствие тяжелых металлов или пестицидов, попадающих в морскую пену с поверхности моря, способствовали ее токсичности. На западном побережье полуострова Кейп , Южная Африка , морская пена часто возникает 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 присутствия в морской пене органического детрита .

Транспорт материалов

Морская пена также действует как средство переноса организмов и питательных веществ в морской среде, а иногда и в приливную или наземную среду. Воздействие волн может привести к отложению пены в приливной зоне, где она может оставаться, когда прилив отступает, принося питательные вещества в приливную зону. Кроме того, морская пена может переноситься по воздуху в ветреную погоду, перемещая материалы между морской и наземной средами. Также считается, что способность морской пены переносить материалы приносит пользу организмам макроводорослей , поскольку отростки макроводорослей могут переноситься в различные микросреды, тем самым влияя на приливный ландшафт и способствуя новым возможным экологическим взаимодействиям. Поскольку морская пена является влажной средой, она является благоприятной средой обитания для спор водорослей, где пропагулы могут прикрепляться к субстрату и избегать риска распространения . Когда морская пена содержит грибки, она также может способствовать разложению остатков растений и животных в прибрежных экосистемах.

Естественная среда

Кроме того, морская пена является средой обитания ряда морских микроорганизмов . Некоторые исследования показали присутствие различных групп микрофитопланктона, нанофитопланктона и диатомовых водорослей в морской пене; группы фитопланктона оказались значительно более многочисленными, чем в поверхностной морской пленке и верхней пелагиали.

Опасности

Токсичность

Природная морская пена по своей природе не токсична ; тем не менее, он может подвергаться воздействию высоких концентраций загрязняющих веществ в поверхностном микрослое, возникающих в результате разрушения цветения водорослей, производства и транспортировки ископаемого топлива, а также ливневых стоков. Эти загрязнители способствуют образованию ядовитой морской пены за счет адсорбции на пузырьках. Пузырьки могут лопаться и выделять токсины в атмосферу в виде морских брызг или аэрозоля , либо они могут оставаться в пенах. Токсины, выделяемые через аэрозоли и разбивающие пузыри, могут вдыхаться людьми. Микроорганизмы, обитающие в морской пене в качестве среды обитания, имеют повышенную восприимчивость к воздействию загрязняющих веществ. Следовательно, эти токсичные вещества могут быть интегрированы в трофическую пищевую сеть .

Вредное цветение водорослей

Пена может образовываться в результате разложения вредного цветения водорослей (ВЦВ). Они в основном состоят из видов водорослей, но могут также состоять из динофлагеллят и цианобактерий . Биомасса цветущих водорослей интегрирована в морскую пену в микропластике морской поверхности. Когда морская пена разрушается, токсины водорослей выбрасываются в воздух, вызывая респираторные проблемы и иногда вызывая приступы астмы. Phaeocystis globosa - один из видов водорослей, который считается проблематичным, как показали исследования, проведенные в Нидерландах. Его высокое накопление биомассы позволяет ему создавать большие количества токсичной пены, которая часто смывается на пляжи. Цветение P. globosa начинается в районах с высокой доступностью питательных веществ, часто связанных с прибрежными районами с большим стоком ливневых вод и эвтрофикацией . Исследования показывают, что образование пены напрямую связано с цветением, вызванным P. globosa , несмотря на то, что пенообразование обычно происходит примерно через две недели после появления цветения водорослей на море. Органический материал из P. globosa разлагался во взвешенном состоянии на поверхности моря, но не наблюдался ниже в толще воды. P. globosa также считается вредным видом, потому что его большие пенные образования мешают людям наслаждаться пляжем.

Деятельность человека

Хотя морская пена является обычным результатом перемешивания морской воды с органическими веществами на поверхности океана, деятельность человека может способствовать образованию избыточной и часто токсичной пены. В дополнение к органическим маслам, кислотам и белкам, которые накапливаются в микрослое морской поверхности , соединения, полученные при добыче и транспортировке нефти, синтетические поверхностно-активные вещества и использование пестицидов, могут попадать на поверхность моря и включаться в пену. Присутствующие загрязнители также могут повлиять на стойкость производимой пены. Нефть, сбрасываемая из танкеров, моторное масло, сточные воды и моющие средства из загрязненных стоков могут создавать долговечные пены. В одном исследовании было обнаружено , что полихлорированные бифенилы (ПХД), стойкие органические загрязнители , накапливаются в морской пене.

Терминалы природного газа упоминались как участники производства модифицированных пен из-за процесса использования морской воды для преобразования природного газа в сжиженный природный газ . Одно исследование показало гораздо большее количество гетеротрофных прокариот (архей и бактерий) и цианобактерий в пене, которая образовывалась возле терминала сжиженного природного газа. Эти прокариоты смогли перерабатывать химические материалы, выгружаемые из терминала, что усиливало рост микробов. Кроме того, более высокие уровни общего органического углерода (TOC) и биомассы планктона были зарегистрированы в пене, образовавшейся в непосредственной близости от терминала. Органический углерод легко переносился в пелагическую пищевую сеть после поглощения прокариотами и проглатывания травоядными.


Известные события

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки