Mikroplaster är små plastpartiklar som kan orsaka stora problem när de kommer in i vattenförsörjningen. Ett sätt som mitt vätskedynamiklabb utforskar mikroplastisk rörelse är genom att studera hur små vattengående insekter trycks under vattnet av regndroppar.
Exponering för mikroplastföroreningar kan innebära hälsorisker, såsom andnings- och matsmältningsproblem, ökad risk för diabetes och störd sömn. Men fysiker som jag kan studera hur de rör sig genom vatten för att lära sig hur man rengör dem.
Vattenstridare är små insekter som kan gå på vattnet. De är rikliga i fuktiga, regniga områden, och vissa arter lever hela livet utan att någonsin röra land. Regndroppar kan väga mer än 40 gånger en vattenstridare, och under stormar slår de då och då direkt mot stegrare. Dropparna bildar en liten krater under vattenytan som omsluter stridern innan de kastar ut den när kratern kollapsar tillbaka till ytan.
Vattenstridarna har starka exoskelett som gör att de kan överleva att bli träffade av en regndroppe. Eftersom dessa insekter är vattenavvisande och mycket lätta, studsar de vanligtvis direkt tillbaka. Men ibland kommer regndropparna att bilda en andra, mindre krater precis under ytan. Den andra kratern bildas vanligtvis från ett stort, snabbt fall.
Om vattenstridaren befinner sig i denna andra krater kan den fastna under vattnet.
I mitt labbs senaste studie, publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , fångade vi vattenstridare från lokala dammar och släppte fallande droppar ovanför deras tankar. Vi använde höghastighetsvideografi och bildanalys för att se hur snabbt insekterna sänkte sig när regndropparna träffade dem.
Jag och mina kollegor mätte också accelerationen av den andra, mindre kratern. Denna krater dras snabbt tillbaka – enligt våra mätningar, 50 gånger accelerationen på grund av gravitationen. Vattenstridare kan inte stödja sig i denna andra bubbla, eftersom ytan de befinner sig på rör sig uppåt så snabbt, och de kan falla under vattnet och bli nedsänkta. Om det händer gör vattenstridarna kraftfulla simtag för att försöka komma upp igen.
Precis som vattenstridare är mikroplaster väldigt lätta och ofta vattenavvisande. De tenderar att röra sig ovanpå vattnet på ett liknande sätt, och regndroppar kan sänka dem. När föroreningar hamnar i vatten är de svårare att städa upp, och det marina livet kan konsumera dem.
Vår forskning säger oss att den andra kraterns snabba acceleration mot vattenytan spelar en stor roll när det gäller att sänka små partiklar – både vattenstridare och mikroplaster.
Att studera hur små partiklar och organismer sprids i vatten kan hjälpa forskare att ta reda på hur man kan förebygga och förmedla mikroplastföroreningar.
Vattenstrider är så vattenavvisande att de bär en bubbla runt sig som kallas en plastron när de trycks under vattnet.
I labbet, ju fler gånger de träffas av droppar innan de stöter bort vattnet, desto mer sannolikt är det att vattenstridare förblir nedsänkta under längre perioder.
Regndroppspåverkan verkar tömma plastronen. Vi vet ännu inte hur många upprepade påverkningar striders kan tolerera och hur kemiska föroreningar i vattendrag påverkar deras motståndskraft mot nedsänkning.
Framtida arbete kommer att ersätta vattenstridarna i våra experiment med flytande partiklar som efterliknar mikroplaster, med olika storlekar, densitet och vattenavvisande egenskaper. Vi förväntar oss att större partiklar får dropparna att bryta isär vid kontakt, medan de mindre partiklarna sannolikt kommer att föras upp i luften eller aerosoliseras av stänket.
Och striderna är inte bara bra modeller för mikroplaströrelser. Att studera vattenstridares ben när de simmar kan också hjälpa forskare att designa undervattensrobotar.
Mer information: Daren A. Watson et al, Vattenstridare är ogenomträngliga för regndroppskollisionskrafter och nedsänkta av kollapsande kratrar, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
