Медузы перемешивают океан не хуже течений
Вклад морских животных в перемешивание океана сравним с ветрами и течениями. Как показала серия экспериментов, особенно сильно смешиваются водные слои, когда животные перемещаются по вертикали.
Вода Мирового океана перемещается под влиянием деятельности Солнца, Луны, вращения Земли, но наряду с этими глобальными силами, как полагают некоторые ученые, на нее оказывают влияние и активно плавающие морские животные. Кажущуюся невероятной гипотезу попытались экспериментально проверить Какани Катиджа (Kakani Katija) и Джон Дабири, сотрудники Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) в Пасадене.
Механизм сэра Чарльза Дарвина-младшего
Они взяли за основу описание движения тела в жидкости, которое в 1953 году предложил внук основателя эволюционной биологии и его тезка сэр Чарльз Дарвин. Суть описания в том, что при движении тела через жидкость окружающие слои жидкости перемещаются вместе с ним. Объем перемещенной жидкости пропорционален объему тела, а коэффициент этой пропорции зависит от формы тела. В том случае, когда тело движется вертикально вверх, вызванный им перенос воды перемешивает слои с разной плотностью.
Ученые работали с модельным объектом -- медузами рода Mastigias от 1 до 10 см в диаметре. Форма медузы, у которой ширина тела не слишком отличается от длины, способствует переносу бóльших масс жидкости, чем удлиненная форма тела, например рыбы. Дайвер в гуще плавающих медуз измерял скорость их перемещения при помощи специального лазерного прибора. Затем исследователи рассчитывали кинетическую энергию движущейся воды.
В искусственном водоеме ученые наблюдали, как вслед за медузой перемещается окрашенная масса воды. Когда медуза поднимается вверх в столбе искусственно стратифицированной, то есть разделенной на слои разной плотности воды, флуоресцентный краситель позволял увидеть перемешивание этих слоев.
Перенос воды перемешивает ее больше, чем турбулентность
Дискуссии о роли морских животных в перемешивании воды продолжаются уже давно. Но при этом рассматривается в основном турбулентность – вихревые потоки, возникающие в кильватере движущегося животного.
Ученые рассчитали объем переноса воды «по механизму Дарвина» в зависимости от размера и формы животного и доказали, что этот механизм перемешивает воду сильнее, чем турбулентность.
Турбулентность в плотной морской воде быстро гасится. В отличие от нее перенос воды только облегчается с увеличением плотности и вязкости среды. Кроме того, турбулентность снижается с повышением эффективности плавания животных, а относительная роль переноса воды при этом возрастает.
Опираясь на свои наблюдения и вычисления, ученые считают, что морские животные вносят существенный вклад в перемешивание океана и соответственно в перенос биогенных веществ. По их мнению, этот вклад сравним с деятельностью ветров и океанических течений.
Статья будет опубликована в журнале Nature.