ТОНКИЙ СЛОЙ РАЗЛИЧНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Известно, что скорость переноса газа, водяного пара и количества движения могут быть уменьшены ничтожными количествами поверхностно-активных субстанций (веществ). Это многоатомные молекулы, повсюду образующие тонкий слой на поверхности жидкостей. Однако вопрос об истинной природе поверхностных образований океана остается открытым. Предыдущие исследователи сообщали о присутствии липоидов – молекул, обычно имеющих 16 или 18 атомов в гидрофобном хвосте, выталкиваемом из воды, и ионизированную гидрофильную головную часть, втягиваемую в воду. Эти вещества, типичным примером которых служит обыкновенное мыло, называются «сухими» поверхностными образованиями, потому что большая часть их структуры выталкивается из воды. Сотрудник Британского национального океанографического института Роберт Моррис сообщил о том, что им в океане обнаружены такие липоидовые поверхностные образования, как углеводороды, стеролы, сложные эфиры, глицериды и фосфолипдиды.



Роберт И. Байер, сотрудник «Калспен корпорейшн» (бывшей Аэронавтической лаборатории Корнелла), обнаружил, что липоиды редко встречаются на поверхности океана (за исключением районов загрязнения, связанного с деятельностью человека), тогда как те поверхностные образования, которые мы называем «влажными», широко распространены. Это протеиновые вещества с длинными цепочками многоатомных молекул; они преимущественно гидрофильны, но торчат из воды вследствие того, что у них имеются гидрофобные боковые цепочки атомов. По-видимому, можно определить количественное соотношение влажных и сухих поверхностных образований океана и выявить, изменяется ли оно при введении новых способов отбора проб.
Понятно, что нелегко разработать метод эффективного взятия проб всех веществ, заключенных в микрометре поверхности океана, или, грубо говоря, в верхней половине океана. Самый первый пробоотборник микрослоя, созданный Джоном М. Сибертом и Уильямом Гарреттом, представляет собой пластину из нержавеющей стали, которую погружают перпендикулярно поверхности и затем протягивают вдоль нее. Этой пластиной с поверхности фактически собираются все молекулы с цепочками в 16 и более атомов углерода, но она может оказаться мало эффективной при сборе более коротких молекул. При ее помощи также собирается все водное и живое вещество, заключенное в пределах приблизительно 300-микрометрового приповерхностного слоя. «Пеносниматель», изобретенный сотрудником Скриппсовского океанографического института Джорджем Р. Харви, представляет собой гидрофильный керамический цилиндр, медленно вращаемый вокруг горизонтальной оси, так что его дно как раз касается воды. Этот пеносниматель собирает сплошную (непрерывную) пленку воды толщиной от 60 до 100 микрометров, которая снимается с него пластинкой, напоминающей автомобильный стеклоочиститель. Все эти традиционные пробоотборники микрослоя высоко эффективны при сборе нейстона. Харви практически интересовался только сбором этих специализированных биотов; образцы, полученные при помощи пеноснимателя, бывают ярко-зелеными из-за водорослей, тогда как «глубокая» (на 10 сантиметров ниже поверхности) вода является совершенно прозрачной и светлой. Для того, чтобы извлечь из взятой пеноснимателем пробы сухие поверхностные образования, ее обычно обрабатывают хлороформом, растворяющим липоиды. К сожалению, хлороформ выщелачивает и липоиды, содержащиеся в присутствующих в пробе микроорганизмах, что искажает результаты исследований.
Недавно Байер изобрел поверхностный пробоотборник, в который нейстон не попадает. Он представляет собой адаптацию устройства, разработанного много лет назад Ирвингом Лэнгмю-ром и Катариной Б. Блоджетт для снятия однослойных пленок с поверхности воды. Пробоотборник Байера-это германиевая пластинка в форме кассеты микроскопа с загнутыми концами. Когда она вытягивается в перпендикулярном положении из водного раствора, ею захватывается цельный слой всех поверхностных образований, которые могут там присутствовать. Пластинка сделана из германия потому, что этот металл прозрачен для инфракрасного излучения. Пучок инфракрасных лучей, направленный с одного конца кассеты, попадает в ловушку благодаря полному внутреннему отражению и выходит только с другого конца кассеты. При каждом отражении инфракрасная радиация проникает за германий приблизительно на одну длину волны в адсорбированную пленку молекул, поглощающую специфические волны определенной длины точно так же, как в инфракрасном спектрофотометре. Таким образом, выходящий из кассеты пучок лучей несет в себе инфракрасную спектрограмму, соответствующую химическим соединениям адсорбированного слоя.
Еще один входящий в употребление коллектор микрослоя представляет собой просто большую воронку, впервые использованную в качестве пробоотборника Моррисом при исследовании им поверхностных образований. Воронку заполняют поверхностной водой и затем медленно выпускают из нее эту воду. Нейстон уплывает вместе с водой, но поверхностная пленка прилипает к стенкам воронки. Затем пленку снимают, прополаскивая воронку растворителями, и подвергают хроматографическому анализу. Однако, пока кто-нибудь не займется тарировкой и сопоставлением разнообразных пробоотборников, объяснения, по-
чему при разных методах отбора проб получаются столь непохожие результаты, получено не будет. Пробоотборник, идея которого высказывалась несколькими исследователями, но никем не была реализована, – это просто туалетная бумага, разматываемая на поверхности воды. Признанный высокоэффективным способом очистки водной поверхности в лабораторных условиях, этот «метод туалетной бумаги» можно было бы использовать при отборе проб с борта шлюпки даже при небольшом волнении моря.
Молекулярные структуры влажных поверхностных образований, которые Байер выявляет в своих образцах, не являются настолько широко известными, как молекулярные структуры сухих поверхностных образований, изучающихся химиками – специалистами по поверхностным веществам уже на протяжении ряда десятилетий. Наиболее интенсивные исследования влажных поверхностных образований имеют медицинский уклон и привели к изучению вопроса о том, как протеины денатурируются (дезактивируются при развертывании) на контакте с поверхностями. Поскольку при исследовании влажных поверхностных образований применяются лишь примитивные методы, почти ничего не известно об их термодинамических, вязкостных или электрокинетических свойствах. У нас, по существу, нет теоретического представления о том, каким образом они влияют на процессы переноса через микрослой, не считая того, что мы можем быть уверены, что они сильно замедляют формы переноса. Однако, по-видимому, влажные поверхностные образования океана (известно, что это протеогликаны и гликопротеины) являются довольно хорошими носителями (переносчиками) фосфатов, разнообразных органических молекул и редких ионов морской воды и тяжелых металлов. Таким образом, они обусловливают существование механизма улавливания и концентрации чужеродных веществ на поверхности океана.

Оставить комментарий