Морская пена

Чтобы узнать о других значениях, см. Морская пена (значения) .

Морская пена выброшена на берег или выброшена на берег

Морская пена , океанская пена , пляжная пена или пена — это тип пены, образующейся в результате взбалтывания морской воды , особенно когда она содержит более высокие концентрации растворенных органических веществ (включая белки , лигнины и липиды ), полученных из таких источников, как морской разлом. водорослей цветения . Эти соединения могут действовать как поверхностно-активные вещества или пенообразователи . Поскольку морская вода взбалтывается прибойными волнами в зоне прибоя , прилегающей к берегу, поверхностно-активные вещества в этих турбулентных условиях задерживают воздух, образуя стойкие пузырьки , которые прилипают друг к другу за счет поверхностного натяжения .

Морская пена – глобальное явление. и оно варьируется в зависимости от местоположения и потенциального влияния окружающей морской, пресноводной и/или наземной среды. Из-за своей низкой плотности и стойкости пена может быть унесена сильным береговым ветром вглубь страны, в сторону пляжа. 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 морских брызг . Одним из главных отличий от образования морских брызг является наличие более высоких концентраций растворенного органического вещества макрофитов и фитопланктона . Растворенные органические вещества в поверхностных водах, которые могут быть получены из природной среды или из искусственных источников, обеспечивают стабильность образующейся морской пены.

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

Физические процессы, которые способствуют образованию морской пены, - это разрушение поверхностных волн , унос пузырьков, процесс включения или захвата пузырьков в жидкость, такую ​​​​как морская вода, и образование белых шапок. Разрушение поверхностных волн выбрасывает воздух из атмосферы в толщу воды, что приводит к образованию пузырьков. Эти пузырьки переносятся на несколько верхних метров поверхности океана благодаря своей плавучести . Мельчайшие пузырьки, попавшие в толщу воды, полностью растворяются, что приводит к увеличению содержания растворенных газов на поверхности океана. Пузырьки, которые не растворяются, в конечном итоге возвращаются на поверхность. Поднимаясь, эти пузырьки накапливают гидрофобные вещества. Присутствие растворенных органических веществ стабилизирует пузырьки, образуя морскую пену. Некоторые исследования морской пены показывают, что разрушение клеток водорослей во время сильных волн повышает вероятность образования морской пены.

Падающие капли дождя на поверхность моря также могут способствовать образованию и разрушению морской пены. Было проведено несколько немеханистических исследований, демонстрирующих увеличение образования морской пены из-за сильных дождей. Турбулентность в поверхностном перемешанном слое может влиять на концентрацию растворенных органических веществ 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 (в том числе диатомовые водоросли) . ), бактерии , грибы , простейшие и детрит сосудистых растений , хотя каждое появление морской пены различается по своему конкретному содержанию. В некоторых районах 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 позволяют предположить, что сахара , изначально присутствующие в окружающей слизи, созданной водорослями или растительными веществами, быстро поглощаются бактериями. Дополнительные исследования показали, что небольшую долю сухого веса морской пены составляет органический углерод , который содержит фенольные соединения , сахара, аминосахара и аминокислоты . В заливе Фанди высокий уровень смертности многочисленного трубчатого амфипода ( Corophium volutator ) в результате естественной гибели, а также хищничества мигрирующих морских птиц способствовал выбросу аминосахаров в окружающую среду и, следовательно, в морскую пену.

Было обнаружено, что содержание органических веществ в морской пене резко увеличивается во время цветения фитопланктона в этом районе. Некоторые исследования показали очень высокие концентрации микропланктона в морской пене, при этом количество автотрофного фитопланктона значительно выше, чем гетеротрофов. Некоторые пены особенно богаты популяцией диатомовых водорослей, которые в некоторых случаях могут составлять большую часть биомассы микроводорослей . В морской пене также присутствует множество бактерий; старая пена имеет тенденцию иметь более высокую плотность бактерий. Одно исследование показало, что 95% бактерий морской пены имели палочковидную форму, в то время как окружающие поверхностные воды содержали в основном бактерии кокковидной формы и только 5–10% бактерий палочковидной формы. Существует также сезонная изменчивость состава морской пены; в некоторых регионах в морской пене сезонно появляется пыльца, которая может изменить ее химический состав. Хотя пена по своей сути не токсична, она может содержать высокие концентрации загрязняющих веществ. Пузырьки пены могут быть покрыты этими материалами или содержать их, включая нефти соединения , пестициды и гербициды .

Долговечность и стабильность

Морская пена у острова Ванкувер

Структурно морская пена термодинамически нестабильна, хотя некоторое количество морской пены может сохраняться в окружающей среде максимум несколько дней. Существует два типа морской пены, которые классифицируются в зависимости от ее стабильности: 1) Нестабильные или переходные пены имеют очень короткий срок службы, составляющий всего несколько секунд. Пузырьки, образующиеся в морской пене, могут лопнуть, выбрасывая в воздух аэрозоли, образуя морские брызги . 2) Метастабильные пены могут иметь срок службы от нескольких часов до нескольких дней; их продолжительность иногда приписывают мелким частицам кремнезема , кальция или железа , которые способствуют стабильности и долговечности пены. Кроме того, морская вода, содержащая растворенные органические материалы, высвобожденные из фитопланктона и макрофитных водорослей, которые затем перемешиваются в окружающей среде, скорее всего, будет образовывать стабильную и более продолжительную пену по сравнению с морской водой, в которой отсутствует один из этих компонентов. Например, добавление фильтрованной морской воды к листьям водорослей Ecklonia давало пену , maxima но ей не хватало стабильности, которую обеспечивала нефильтрованная морская вода. Кроме того, листья водорослей, которые хранились в проточной воде, что уменьшало их слизистое покрытие, 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 пищи

Пузырьки пены, обогащенной планктоном, остаются в приливной луже после прилива

Присутствие морской пены в морской среде играет ряд экологических ролей, включая обеспечение источников пищи и создание среды обитания. Морская пена стабильного состава как источник пищи более важна с экологической точки зрения, поскольку она способна сохраняться дольше и транспортировать питательные вещества в морской среде. Более длительное время распада приводит к увеличению вероятности того, что энергия, содержащаяся в морской пене, переместится вверх по пищевой цепи на более высокие трофические уровни . Например, в заливе Фанди обитающий в трубках амфипод потенциально Corophium volutator может удовлетворить 70% своих потребностей в питательных веществах за счет сахаров и аминокислот, полученных из морской пены в окружающей среде. Однако иногда оказывалось, что морская пена токсична для этого вида. Считается, что высокие концентрации фенольных соединений и/или случайное присутствие тяжелых металлов или пестицидов, включенных в морскую пену с поверхности моря, способствовали ее токсичности. На западном побережье полуострова Кейп в Южной Африке 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 питания для местных организмов из-за присутствия органического детрита . в морской пене

Транспортировка материалов

Морская пена также действует как средство транспортировки организмов и питательных веществ в морской среде, а иногда и в приливную или наземную среду. Воздействие волн может оставлять пену в приливных зонах, где она может оставаться, когда прилив отступает, принося питательные вещества в приливную зону. Кроме того, морская пена может подниматься по воздуху в ветреную погоду, перенося материалы между морской и наземной средой. Считается, что способность морской пены переносить материалы приносит пользу организмам макроводорослей , поскольку размножения макроводорослей могут переноситься в различные микросреды, тем самым влияя на приливной ландшафт и способствуя новым возможным экологическим взаимодействиям. Поскольку морская пена представляет собой влажную среду, она является благоприятной средой обитания для спор водорослей, где размножения могут прикрепляться к субстрату и избегать риска распространения . Когда морская пена содержит грибы, она также может способствовать разложению остатков растений и животных в прибрежных экосистемах.

среда обитания

Кроме того, морская пена является средой обитания ряда морских микроорганизмов . Некоторые исследования показали наличие в морской пене различных групп микрофитопланктона, нанофитопланктона и диатомей; группы фитопланктона оказались в значительно большей численности, чем в поверхностной пленке моря и верхней пелагиали.

Опасности

Токсичность

Морская пена естественного происхождения не является токсичной по своей природе ; однако он может подвергаться воздействию высоких концентраций загрязняющих веществ в поверхностном микрослое, образующихся в результате цветения водорослей, производства и транспортировки ископаемого топлива, а также ливневых стоков. Эти загрязнения способствуют образованию вредной морской пены за счет адсорбции на пузырьках. Пузырьки могут лопаться и выделять токсины в атмосферу в виде морских брызг или аэрозоля или сохраняться в виде пены. Токсины, выделяющиеся через аэрозоли и лопающиеся пузырьки, могут вдыхаться человеком. Микроорганизмы, населяющие морскую пену в качестве среды обитания, имеют повышенную восприимчивость к воздействию загрязняющих веществ. Следовательно, эти токсичные вещества могут интегрироваться в трофическую пищевую сеть .

Вредное цветение водорослей

Пены могут образовываться в результате разложения вредоносного цветения водорослей (ВЦВ). Они в основном состоят из видов водорослей, но также могут состоять из динофлагеллят и цианобактерий . Биомасса цветущих водорослей интегрируется в морскую пену в микрослое морской поверхности. Когда морская пена разрушается, токсины водорослей выбрасываются в воздух, вызывая проблемы с дыханием и иногда вызывая приступы астмы. Phaeocystis globosa — один из видов водорослей, который считается проблемным, как показали исследования, проведенные в Нидерландах. Высокое накопление биомассы позволяет ему образовывать большое количество токсичной пены, которая часто вымывается на пляжи. Цветение P. globosa начинается в районах с высоким содержанием питательных веществ, часто связанных с прибрежными районами с большим количеством ливневых стоков и эвтрофикацией . Исследования показывают, что образование пены напрямую связано с цветением водорослей, вызванным P. globosa , несмотря на то, что образование пены обычно происходит примерно через две недели после появления цветения водорослей на море. Органический материал P. globosa разлагался во взвешенном состоянии на поверхности моря, но не наблюдался ниже в толще воды. P. globosa также считается неприятным видом, поскольку его большие образования пены мешают людям наслаждаться пляжем.

Человеческая деятельность

Хотя морская пена является распространенным результатом перемешивания морской воды с органическими материалами на поверхности океана, деятельность человека может способствовать образованию избыточной и зачастую токсичной пены. В дополнение к органическим маслам, кислотам и белкам, которые накапливаются в микрослое морской поверхности , соединения, полученные в результате добычи и транспортировки нефти, синтетических поверхностно-активных веществ и использования пестицидов, могут попасть на поверхность моря и включиться в пену. Присутствующие загрязняющие вещества также могут повлиять на стойкость образующейся пены. Сырая нефть, сброшенная из танкеров, моторное масло, сточные воды и моющие средства из загрязненных стоков могут образовывать пену более длительного действия. В одном исследовании было обнаружено, что полихлорированные дифенилы (ПХБ), стойкие органические загрязнители , накапливаются в морской пене. Некоторые эксперты и органы здравоохранения рекомендуют избегать контакта с морской пеной в озерах, реках и морях, загрязненных ПФАВ , поскольку было обнаружено, что эти вещества накапливаются в морской пене в высоких концентрациях. Искусственное загрязнение микропластиком может накапливаться в прибойных волнах и повышать устойчивость морской пены.

Терминалы природного газа упоминаются в качестве источника производства модифицированных пенопластов из-за использования морской воды для преобразования природного газа в сжиженный природный газ . Одно исследование показало гораздо большее количество гетеротрофных прокариотов (архей и бактерий) и цианобактерий в пене, образующейся возле терминала сжиженного природного газа. Эти прокариоты смогли перерабатывать химические материалы, выброшенные из терминала, что усилило рост микробов. Кроме того, более высокие уровни общего органического углерода (ТОС) и биомассы планктона были зафиксированы в пене, образующейся в непосредственной близости от терминала. Органический углерод легко переносится в пелагическую пищевую сеть после поглощения прокариотами и употребления в пищу травоядными животными.

Известные события

• , произошло большое скопление морской пены 24 августа 2007 г.: На побережье Ямбы, север Нового Южного Уэльса .
• Январь – февраль 2008 г.: появление морской пены в Калаундре и Пойнт-Картрайт на Квинсленде в Саншайн-Кост привлекло внимание средств массовой информации всего мира.
• Декабрь 2011 г.: Прибрежная дорога в Кливли , Ланкашир, была затоплена метровыми сугробами морской пены.
• 2012: Во время прямой трансляции урагана «Айрин» в Оушен-Сити, штат Мэриленд , Такер Барнс был покрыт морской пеной.
• 24–25 сентября 2012 г.: После штормов и сильного ветра пляж в районе Футди в Абердине был охвачен морской пеной.
• 27–28 января 2013 г.: На Саншайн-Кост в Квинсленде , Австралия, на сушу вынесло массы пены из-за бывшего тропического циклона «Освальд» .
• Июнь 2016 г.: На восточном побережье Австралии образовалась морская пена, вызванная штормами.
• образовал морскую пену 28 марта 2017 г.: Циклон Дебби на пляже Сарина в Квинсленде, Австралия.
• 16 октября 2017 г.: Ураган Офелия покрыл Кливли , Ланкашир . пеной
• Январь 2018 г.: Шторм «Элеонора» вызывает появление пены по всей прибрежной Европе.
• 11 октября 2019 г.: Субтропический шторм «Мелисса» принес морскую пену на пляж Нантаскет в Халле, штат Массачусетс .
• 21 января 2020 г.: Шторм «Глория» затопил Тосса-де-Мар , Испания , густой морской пеной в результате сильного наводнения.
• 11 мая 2020 г.: В Нидерландах погибли пять серферов, предположительно утонувшие после того, как потеряли ориентацию в морской пене толщиной более 2 метров.
• 13 июля 2020 г.: шторм в Кейптауне , Южная Африка.

См. также

• Афродита#Рождение
• Линия пены - скопления пены на поверхности водоемов или водоемов с пресной водой.
• Остров Спуме — остров в архипелаге Палмера, Антарктида.

Внешние ссылки

• Фотогалерея Storm, апрель 2007 г. Архивировано 26 сентября 2010 г. в Wayback Machine , Мемориальная библиотека Лейна, Хэмптон, Нью-Гэмпшир. По состоянию на 5 ноября 2010 г.
• Как образуется пена на океанских волнах , New Scientist , выпуск 1837, 5 сентября 1992 г. Предварительный просмотр статьи. По состоянию на 5 ноября 2010 г.
• Одеяло белой пены покрывает побережье Абердина — видео Guardian . По состоянию на 25 сентября 2012 г.
• Видео о морской пене на YouTube
• Морская пена покрывает пловца, Австралия, Голд-Кост.