Le microplastiche sono minuscole particelle di plastica che possono causare grossi problemi quando entrano nella rete idrica. Un modo in cui il mio laboratorio di fluidodinamica esplora il movimento della microplastica è studiando come piccoli insetti che camminano sull'acqua vengono spinti sott'acqua dalle gocce di pioggia.
L’esposizione all’inquinamento da microplastiche può comportare rischi per la salute, come problemi respiratori e digestivi, aumento del rischio di diabete e disturbi del sonno. Ma i fisici come me possono studiare come si muovono nell'acqua per imparare a ripulirli.
I ragni d'acqua sono piccoli insetti che possono camminare sull'acqua. Sono abbondanti nelle zone umide e piovose e alcune specie trascorrono l'intera vita senza mai toccare la terra. Le gocce di pioggia possono pesare più di 40 volte un camminatore d'acqua e durante i temporali occasionalmente colpiscono direttamente i camminatori. Le gocce formano un minuscolo cratere sotto la superficie dell'acqua che avvolge lo strider prima di espellerlo mentre il cratere collassa in superficie.
I water strider hanno forti esoscheletri che permettono loro di sopravvivere se colpiti da una goccia di pioggia. Poiché questi insetti sono idrorepellenti e molto leggeri, di solito rimbalzano indietro. Ma a volte le gocce di pioggia formano un secondo cratere più piccolo proprio sotto la superficie. Il secondo cratere solitamente si forma da una caduta grande e veloce.
Se il water strider si trova all'interno di questo secondo cratere, potrebbe rimanere intrappolato sott'acqua.
Nell'ultimo studio del mio laboratorio, pubblicato in Proceedings of the National Academy of Sciences , abbiamo catturato i ragni d'acqua dagli stagni locali e abbiamo rilasciato gocce che cadevano sopra i loro carri armati. Abbiamo utilizzato videografia ad alta velocità e analisi delle immagini per vedere quanto velocemente gli insetti si immergevano quando venivano colpiti dalle gocce di pioggia.
Io e i miei colleghi abbiamo misurato anche l'accelerazione del secondo cratere, più piccolo. Questo cratere si ritrae rapidamente:secondo le nostre misurazioni, 50 volte l'accelerazione dovuta alla gravità. I ragni d'acqua non possono sostenersi all'interno di questa seconda bolla, poiché la superficie su cui si trovano si muove verso l'alto molto rapidamente e potrebbero cadere sott'acqua e essere sommersi. Se ciò accade, i water strider effettuano potenti bracciate per cercare di riemergere.
Come i water strider, le microplastiche sono molto leggere e spesso idrorepellenti. Tendono a muoversi sull'acqua in modo simile e le gocce di pioggia possono sommergerli. Quando gli inquinanti vengono sommersi, sono più difficili da ripulire e la vita marina potrebbe consumarli.
La nostra ricerca ci dice che la rapida accelerazione del secondo cratere verso la superficie dell'acqua gioca un ruolo importante nell'affondamento di minuscole particelle, sia strie d'acqua che microplastiche.
Lo studio del modo in cui piccole particelle e organismi si disperdono nell'acqua potrebbe aiutare gli scienziati a capire come prevenire e mediare l'inquinamento da microplastiche.
I ragni d'acqua sono così idrorepellenti che portano attorno a sé una bolla chiamata piastrone quando vengono spinti sott'acqua.
In laboratorio, più volte vengono colpiti dalle gocce prima di respingere l'acqua, più è probabile che i camminatori d'acqua rimangano sommersi per periodi prolungati.
Gli impatti delle gocce di pioggia sembrano esaurire il piastrone. Non sappiamo ancora quanti impatti ripetuti gli strider possano tollerare e in che modo gli inquinanti chimici nei corsi d'acqua influiscono sulla loro resistenza all'immersione.
Il lavoro futuro sostituirà i water strider nei nostri esperimenti con particelle galleggianti che imitano le microplastiche, con una gamma di dimensioni, densità e idrorepellenza. Ci aspettiamo che le particelle più grandi facciano sì che le gocce si rompano al contatto, mentre le particelle più piccole verranno probabilmente trasportate nell'aria o ridotte in aerosol dagli schizzi.
E gli strider non sono solo buoni modelli per il movimento della microplastica. Lo studio delle gambe degli strider acquatici mentre nuotano potrebbe anche aiutare i ricercatori a progettare robot sottomarini.
Ulteriori informazioni: Daren A. Watson et al, I Water striders sono impermeabili alle forze di collisione delle gocce di pioggia e sono sommersi dal collasso dei crateri, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
Fornito da The Conversation
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