Флюатирование — Подробная технология работ материалы

НАЗНАЧЕНИЕ

Флюатирование – это процесс химического связывания извести в строительном материале путем его пропитки специальным флюатирующим раствором Resmix Fluat, без снижения паропроницаемости поверхности, с целью:

• Предотвращения образования высолов;
• Повышения поверхностной прочности;
• Увеличения стойкости к агрессивным средам;
• Повышения морозостойкости.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

• Кирпичная и каменная кладка;
• Минеральные штукатурки;
• Натуральный и искусственный камень.

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Подготовка основания

Эффективность действия флюата зависит от впитывающей способности основания. Наилучший результат получается при флюатирование сухой, хорошо впитывающей поверхности.

Основание должно быть очищено от загрязнений, разделяющих веществ (масла, жиры, краски, плесень, грибки) и отслаивающихся элементов. Свеженанесенная минеральная штукатурка перед флюатированием должна выстоять не менее 14 суток.

Для очистки оснований от высолов, остатков раствора и стойких атмосферных загрязнений применяется Resmix RM.

Для удаления и профилактики плесени и грибков применяется Resmix BM.

Приготовление флюата

Resmix Fluat разбавляется с водой из питьевого водоснабжения в соотношении от 1:2 до 1:4.

Работы по флюатированию поверхности

Готовый флюатирующий раствор Resmix Fluat равномерно наносится на основание кистью средней жесткости до полного насыщения поверхности. Для полной нейтрализации солей, флюатирование выполняется за два рабочих прохода.

Первая обработка флюатом выполняется при соотношении Resmix Fluat:Вода = 1:4. Вторая обработка производится через 1 сутки при соотношении Resmix Fluat:Вода = 1:2.

При воздействие прямых солнечных лучей, обрабатываемую поверхность необходимо защищать пленкой перед повторным флюатированием поверхности и после него в течение 1 суток.

МАТЕРИАЛ ДЛЯ ФЛЮАТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ:

Флюатирование бетона и фторосиликат для пропитки бетона от производителя.

Для улучшения технических характеристик покрытий из бетона выполняется флюатирование. Это наиболее эффективная и экономическая обработка. В процессе флюатирования выполняется пропитка бетона фторосиликатами. Наша компания выпускается Политакс-ФЛ-1. Это флюат из фторосиликатов, из которого создается защитный состав Флюат пропитка.

В процессе набора прочности цементного раствора в результате химических реакций одним из продуктов является негашеная известь. Флюатирование – это химическое взаимодействие растворимых в воде флюатов с известью. Технология простая, доступная и эффективная, что позволяет широко применять метод на практике.

Результатом реакции негашеной извести с фторосиликатом является фторид кальция. Это вещество обладает значительно более высокими прочностными характеристиками, высокой стойкостью к химическому воздействию агрессивных веществ. В результате флюатирования прочность бетона возрастает.

Сфера использования технологии

Обработка фторосиликатом предназначена для защиты и увеличения прочностных характеристик следующих материалов:

• монолитный бетон;
• цементная стяжка;
• цементные штукатурки;
• известняка и мрамора;
• бутового камня с повышенным содержанием минералов на основе кальция;
• доломита.

Средство Политакс-ФЛ1 флюат выпускается компанией «ХК «Голдман групп». Средство относится к негорючим материалам и обладает низкой ценой. Обработка Политаксом бетона М300 обойдется по цене от 31 рубля за кв.м., камня – от 15 руб за кв.м.

Эффективность Политакса-ФЛ-1

В результате флюатирования нашим составам бетона меняются технические характеристики поверхностного слоя:

• прочность увеличивается на 30-50%;
• стойкость к истиранию возрастает в 10-12 раз;
• увеличивается устойчивость к агрессивному воздействию химических веществ;
• уменьшается способность поверхности впитывать воду;
• увеличивается плотность бетона;
• возрастает морозостойкость;
• пылеотделение пыли снижается в 10-15 раз.

Незначительное количество фторосиликата формирует большой объем фторида кальция. Это позволяет увеличить в несколько раз срок эксплуатации бетонных конструкций и других оснований, созданных на основе портландцемента.

Сфера применения Политакса ФЛ-1:

• защита новых полов из бетона;
• улучшение характеристик цементных стяжек в ходе планового ремонта;
• защита бетонных несущих конструкций и изготовленных из этого материала резервуаров;
• улучшение характеристик дымовых труб;
• защита цементных штукатурок.

Применяется флюатирование в отапливаемых помещениях и на улице. Важным преимуществом технологии является сохранение паропроницаемости обработанных поверхностей.

Особенности и преимущества флюат пропитки

Основные достоинства технологии флюатирования:

• достаточно одной обработки на весь срок эксплуатации поверхности;
• состав не подвержен вымыванию;
• не влияет на характеристики электропроводности;
• не вызывает коррозию стальной арматуры;
• не формирует слоев, подверженных истиранию;
• не снижает параметров сцепления бетона;
• в составе отсутствуют органические растворители;
• снижается пылеотделение.

Для дополнительного обеспыливания поверхностей рекомендуется использовать водоэмульсионные полимерные составы и пропитки.

Недостатки флюатирования

К минусам обработки фторосиликатами можно отнести:

• низкая эффективность при работе с пескобетоном и бетоном с низкими марками;
• недостаточная карбонизация свежеуложенного бетона, так как в его составе не достаточно негашеной извести для реакции;
• слабая эффективность при работе с очень старым бетоном.

Особенности технологии нанесения флюат пропитки

Технология обработки простая и состоит из нескольких основных этапов:

• удаление с рабочей поверхности цементного молока и загрязнений. Используется пескоструйная обработка или шлифование;
• насыщение бетона раствором Политакс-ФЛ1 Флюат. При работе со сложными поверхностями обработку выполняют дважды, между нанесением требуются сутки на сушку;
• обработка полимерной пропиткой (при необходимости полного обеспыливания).

Существуют более эффективные технологии улучшения технических характеристик поверхностей из бетона. Можно использовать пропитку на основе эпоксидных или полиуретановых смол, метакриловые составы с низкой вязкостью. Несмотря на наличие этих эффективных методик, флюатирование привлекает своей ценой, практичностью. В отличие от других способов потребуется гидроизоляция конструкции от капиллярного поступления воды и грунтовых вод. Сфера применение флюатирования безгранична – от обработки цементных дорожек в саду до защиты от агрессивных воздействий взлетных полос на аэродромах.

Что такое флюатирование?

В строительной сфере существует такое понятие, как «флюатирование», значение которого заключается в пропитке цемента фторосиликатами или, как их еще называют, кремнефторидами. Данный процесс ориентирован на повышение химической стойкости цемента, а также степени его прочности. На сегодняшний день многие строительные компании применяют такую технологию, как наиболее эффективную и экономичную. С применением данного метода осуществляется качественная заливка пола, которая отвечает всем необходимым стандартам прочности и многолетней надежности.

Общие сведения о флюатировании

С научной точки зрения под флюатированием подразумевают процесс воздействия на негашеную известь, которая выделяется при затвердении цемента, растворимых кремнефторидов (флюатов). Такое технологическое решение впервые реализовал германский профессор Хауэншильд, создав первую эффективную бетонную пропитку. Патент на эту химическую реакцию профессор получил в 1883 году, что говорит о немалом возрасте описываемой технологии. Стоит отметить, что и по сей день открытие Хауэншильда имеет свою актуальность, поскольку активно применяется в современном строительстве. Главным преимуществом технологии становится ее доступность и простота выполнения.

Химическое объяснение флюатирования

Рассмотрим данный вид реакции с химической точки зрения. Так, фторосиликаты оказывают воздействие на известь, трансформируя ее в механически прочный и химически пассивный фторид кальция. Результатом реакции становится увеличение индекса химической стойкости вещества. Прочность цементу добавляют образующиеся под воздействием фторосиликатов твердые силикаты.

Где применяется метод флюатирования?

Заметим, что кремнефториды могут быть задействованы во многих строительных процессах. Их используют с целью обеспечения защиты таких конструкций:

• бетонные полы
• отштукатуренные поверхности
• бетонные резервуары
• дымовые трубы и т.д.

Кроме этого, кремнефториды способны защитить от воздействия внешних разрушающих факторов поверхности, включающие в свою структуру кальцийсодержащие материалы, а именно: мрамор, бут, известняк и т.д. Данная бетонная пропитка может без вреда для организма человека применяться в помещении и на открытом пространстве.

Преимущества технологии флюатирования

Пропитку фторосиликатами следует наносить на цемент всего один раз, поскольку вещества с течением времени не вымываются и не испаряются с поверхности. Важно отметить, что пропитка не способствует коррозионному развитию арматуры, а также никак не затрагивает показатели электропроводимости материалов, предполагающих ее нанесение. Вдобавок процесс флюатирования не меняет технических параметров бетона в вопросе сцепления или трения, что может быть особенно важно при использовании такого бетона на взлетных полосах аэродромов.

Флюат, флюатирование поверхности бетона

Описание

Флюаты PaliStone LT представляют собой водные растворы кислот и солей минеральной природы.

За счет химической реакции с компонентами бетона пропитка флюатами обеспечивает обеспыливание и упрочне поверхности бетона.

Флюат, проникая в поры бетона, химически преобразует растворимые в воде компоненты(карбонат кальция, гидроокись кальция, хлориды, сульфиды и т.д.) в особо прочные нерастворимые соединения. Кристаллизуясь, флюат заполняет поры бетона и армирует его – происходит флюатирование.

PaliStone LT 3070 fluat – концентрированный водный раствор неорганических солей модифицированных эффективными поверхностно активными добавками.

Область применения и эксплуатационные свойства

Флюат предназначен для пропитки бетона, фиброцемента, железобетона, кирпича, асбестоцемента и других карбоксил и гидроксил содержащих строительных конструкций. Рекомендуется для флюатирования – упрочнения взлетных полос, несущих конструкций мостов, труб, градирен, ограждающих конструкций в подземном строительстве, резервуаров сточных вод, фундаментов, подвалов, полов в производственных цехах и автостоянках, тротуарной плитки, фасада, минеральных фасадных плит и т.д.

Флюат повышает такие показатели бетона как: твердость; механическую, химическую и климатическую устойчивость; понижает поглощение воды и органических растворителей, не ухудшает паропроницаемость, предотвращает пылеобразование, снижает скорость карбонизации, предотвращает коррозию арматуры железобетонных конструкций, уменьшает потерю влаги свежим бетоном, предотвращая образование усадочных трещин.

Флюатирование поверхности бетона устраняет имеющиеся известковые высолы и предотвращает появление новых выделений. Флюат является незаменимым подготовительным материалом для упрочнения и обеспыливания бетона для последующего нанесения лакокрасочного покрытия, рекомендован для пропитки полов, фасадов зданий и фасадных плит из фиброцемента и асбестоцемента. Продлевает срок эксплуатации лакокрасочных покрытий на бетонной поверхности.

Технические характеристики флюата

Сухой остаток

22-23% по весу

Плотность (уд. вес)

1,28-1,30 кг/литр

Показатель pH

2-3

Расход

25–30 мл/м²

Проникающая способность

7-14 мм

Разбавитель

Вода

Класс опасности

Едкий, биоразлагаем

Технологические свойства – флюатирование

Флюат для пропитки бетонной поверхности PaliStone LT 3070 fluat прост и эффективен в применении. В зависимости от пористости бетона и фиброцемента, флюат перед флюатированием разбавляют водой (используемые соотношения от 1:2 до 1:4). Температура нанесения от 5 до 30 °С. Время выдерживания перед окраской 24 часа, окончательное время становление 28 суток.

Флюат экологически безопасен, не содержит растворителей. Не следует сливать в сточные воды и водоёмы. Хранить при 5-35 °С, не замораживать, избегать перегрева и прямых солнечных лучей. Гарантийный срок хранения – 6 месяцев.

Флюатирование — Справочник химика 21

    Водорастворимые фторосиликаты называются флюатами, их используют в строительстве для закрепления и предохранения от разрушения различных природных и искусственных строительных камней, главным образом известняков и мрамора. Такой способ защиты называется флюатированием. В качестве флюатов чаще всего применяют фторосиликаты магния и алюминия.  [c.123]
    С учетом объемов реставрируемых объектов (руинированные кладки крепостных стен, башен, замков, зданий и т. д.) выбор консерванта определяется в первую очередь его доступностью — это должен быть продукт многотоннажного производства. Для консервации известняков использовали многие неорганические вещества жидкое стекло, алюминат магния, фториды и фторосиликаты магния, алюминия, цинка, гидроксиды кальция и бария. Хорошие результаты достигнуты при использовании смеси гидроксида бартя с сульфатом бария, смеси 1 %-го раствора дихромата калия (или натрия) с жидким стеклом. Однако большинство этих средств не вьщержало проверку временем. Так, после обработки фторидами и фторосиликатами (так называемое флюатирование) известняк становится твердым и прочным, но под прочной коркой продолжается разрушение и верхняя упрочненная часть камня через несколько лет отделяется. [c.93]

    Минеральные соединения фтора нашли широкое применение в промышленности строительных материалов и в керамической промышленности э. При изготовлении керамики используют фториды натрия, лития, меди, бериллия, бария, стронция, цинка, алюминия и некоторые кремнефториды. Для ускорения варки стекла и для получения опаловых и матовых стекол, непрозрачных эмалей используют плавиковый шпат и кремнефторид натрия. Он же служит минерализатором, ускоряющим клинкерообразование в производстве цемента, так же как М Рг и другие фториды и кремнефториды. Для матирования стекла применяют плавиковую кислоту и фтористый аммоний. Для флюатирования поверхности каменных зданий [c.316]

    Флюатнруемую поверхность обрабатывают 2—4 раза, причем после каждой предыдущей обработки поверхности последующую проводят только носле полного высыхания флюата (желательно, чтобы операции, осуществлялись через одинаковые промежутки времени). Для нанесения первого слоя используют 10 -ный раствор, для создания последующих — 20%-ный. Рекомендуется растворы перед использованием подогреть до 50 °С. Для нанесения последнего слоя можно использовать кипящий раствор. Бетон и штукатурку можно подвергать флюатированию не менее, чем после 28 дней их вызревания. После флюатирования (через 4—5 дней) необходимо вымыть обработанные поверхности водой (это относится, прежде всего, к поверхностям, предназначенным для окраски). [c.280]

    Кремнефторид магния MgSiFe 6Н2О — белое кристаллическое вещество. Хорошо растворяется в воде. Магниевый флюат применяется для флюатирования — предохранения от разрушения природных и искусственных строительных материалов. При нанесении флюата на поверхность материала, содержащего известь, происходит реакция [c.17]

    С какой целью применяется флюатирование Опишите способы флюатирования поверхности бетонных изделий. [c.292]

    Процесс защиты известняка методом флюатирования можно выразить следующим уравнением реакции  [c.123]

    Если для защиты от слабоагрессивной среды достаточно применить непроницаемый бетон или цементный раствор, подвергнутые операциям флюатирования (см. ч. XIII) или гидрофобиза-ции, то для средне- и сильноагрессивных сред необходимо использовать изоляцию бетонов. [c.257]

    Флюатирование — весьма дорогая операция, однако эффект от его осуществления сохраняется гораздо дольше, чем в случае силикатизации. Оно применяется для стабилизации и уплотнения поверхности конструкций из горных пород и бетона. Чтобы получить для заполнения пор стойкие в атмосферной среде соединения, бетоны и горные породы, в состав которых не входит карбонат кальция, необходимо предварительно пропитать хлоридом кальция. Только после этого используются ф л ю а т ы. Флю-атами называются водные растворы солей кремнефтористоводородной кислоты (чаще всего применяются цинковая ZnSiFe-GHaO и магниевая MgSiFe соли). Водные растворы этих солей имеют кислую реакцию. Они вызывают коррозию металла и стекла, являются токсичными веществами. [c.280]

    Полиэфирные покрытия, армированные стекловолокном, требуют сухой, нейтрализованной (например, при помощи флюатирования) бетонной основы. При 20 °С они обнаруживают хорошую химическую стойкость в воде, разбавленных и среднеконцентрированных растворах неорганических и органических кислот, растворах солей, имеющих кислую или щелочную реакцию, бензине и минеральных маслах. С ростом температуры агрессивных сред химическая стойкость покрытий уменьшается. [c.276]

    В техническом отношении протекание этих химических реакций способствует тому, что флюатированный бетон приобретает большую химическую стойкость и водонепроницаемость, большее сопротивление износу (пока не износится образовавшаяся поверхностная пленка) и при известных обстоятельствах и большую прочность. Сообщают также, что флюатирование предотвращает появление выцветов и уменьшает запылеиие поверхностей полов и мостовых при эксплуатации тяжелого транспорта [721. [c.124]

    В отдельных случаях, в связи с требованиями технологии, допускается устройство полов из других материалов с гладкой поверхностью, непроницаемых для капель ртути, как-то резина, пластмасса, флюатированный тер-рацо, а также покрытие поверхности пола мешковиной в последнем случае пол должен быть сначала покрыт олифой, прошпаклеван, а после укладки мешковины снова прошпаклеван и окрашен (не менее трех раз) масляной краской. [c.671]

    Действие флюатирования зависит от влажности бетона. Так, например, образцы с влажностью 4,7% имели до и после флюатирования одинаковую прочность. Однако образцы, высушенные до влажности в 0,6%, после ократирования показали прочность на 160—170% выше, чем высушенные, но неократи-рованные образцы. [c.126]

    Для флюатирования сооружений необходимо, чтобы кремнефториды магния и цинка не содержали примесей, в частности солей железа и других металлов при антисептировании древесины примеси кремнефторидов не влияют на процесс пропитки. [c.254]

    Кремнефтористый магний MgSiFe 6Н,0 применяется для флюатирования или покрытия нерастворимыми, стойкими против выветривания защитными слоями искусственных и естественных строительных камней. [c.220]

    Другим способом (помимо окрашивания), с помощью которого молхимическую стойкость бетона и штукатурок, является флюатирование. С помощью флюатов составные части бетона и растворов, малостойкие против некоторых химических соединений, превращаются в соединения более стойкие. Большей частью дело заключается в том, что гидроокись извести или углекислая известь, содержащаяся в бетоне, превращается в химически более стойкие флюаты кальция, в воде нерастворимые, при одновременном выделении тонко распределенной кремнекислоты. [c.123]

    При флюатировании раствором кремнефтористоводородной кислоты на очищенную бетонную поверхность два раза наносят 1%-ный раствор кислоты. По истечении 3 ч на высохшую поверхность дважды наносят 3 /о-ный раствор кислоты. [c.108]

    Классификация воздущно-газовых смесей по степени активности их воздействия на бетон, применяемый в строительных конструкциях, приведена в табл. 1,4.44. Степень агрессивности среды была определена в условиях постоянных температур в диапазоне 25-230 °С. При увеличении температуры среды до 70-80 °С степень агрессивности увеличивается на один класс. Уровень защиты бетона от воздействия воздушно-газовых сред зависит от ее агрессивности. Для сред 1-П классов достаточно применить непроницаемый бетон иди цементный раствор, подвергнутый флюатированию или гидрофобизации, для сред III-IV классов необходимо выполнять изоляцию бетона. [c.105]

    Кроме флюатирования достаточно широкое применение нашли тартратизация и гидрофобизация. Тартра-тизация заключается в обработке поверхности бетона винной кислотой, образующей тартрат кальция при реакции с находящейся в бетоне несвязанной известью. Тартратизацию можно применять для стабилизации любой бетонной поверхности. Например, этим способом защищают винные бетонные бочки от действия разбавленных органических кислот. [c.139]

    ПОВЫШЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ БЕТОНА И ШТУКАТУРОК ФЛЮАТИРОВАНИЕМ [c.123]

    Перед началом флюатирования следует подготовить реактивы. 10—20%-ный раствор кристаллического кремнефтористого цинка приготовляют непосредственно перед употреблением. Если раствор мутный, его надо профильтровать. Кремнефтористокислый магний следует разбавить водой до необходимой консистенции и, если надо, отфильтровать. Флюаты готовят в эмалированных, стеклянных или деревянных емкостях. [c.280]

    Под названием флюатов кремнефториды употребляются для закрепления или флюатирования поверхности строительных камней естественного или искусственного происхождения. [c.218]

    Например, от красочного слоя, нанесенного на поверхность бетона и штукатурки, требуется значительно меньшая упругость, чем от слоя, нанесенного на дерево или металл. Но такой слой в свою очередь должен лучше сопротивляться воздействию влажности (иначе уменьшится сцепление с основанием) и действию щелочей штукатурки и бетона, способствующих разрушению пленок из многих смоляных красок. Поэтому свежие, но в меру затвердевшие штукатурки (обычно твердевшие от 8 до 14 суток) покрывают только красками известковыми, клеевыми, казеиновыми (эмульсионными) и силикатными. При других составах (например, масляных) нужно выжидать, чтобы свободная известь штукатурки карбонизировалась и тем самым щелочная поверхность штукатурного слоя нейтрализовалась. Для уменьшения щелочной реакции также можно успешно применить флюатирование, о котором будет сообщено в дальнейшем. Можно поступать также и по другому вначале штукатурку окрашивают основной краской, стойкой по отношению к щелочам (например, хлоркаучуковой), и только после этого — другой краской, уже нестойкой при воздействии щелочей. [c.101]

    Опыты с флюатированием бетона раствором фтористых силикатов, проводимые в Чехословакии [c.127]

    Крёмнефтористый магний, называемый магнезиальным флю-атом, применяется в виде водных растворов крепостью в 20—25° Вё и используется преимущественно для флюатирования туфов, песчаников, известняков, мраморов и т. п. [c.220]

    Кремнефтористый цинк 2п81Р,5 6Н2О применяется для флюатирования в растворах крепостью в 45° Вё. При взаимодействии его с углекислым кальцием также образуются нерастворимые соединения, придающие устойчивость поверхностям, обработанным цинковым флюатом  [c.220]

    В том же проспекте приведено наглядное описание различия между внешним видом масляной окраски по флюатированной и нефлюатированной поверхности бетона (рис. 38). [c.130]

    Применяют его для понижения водопроницаемости, улучшения стойкости бетона и растворов штукатурки при атмосферных воздействиях и влиянии различных химических веществ, встречающихся в пищевой промышленности (пивоваренные, сахарные, молочные заводы), в сельском хозяйстве и в машиностроении (трансформаторные заводы и т. п.). Препятствует образованию выцветов и пылению, усиливает связность малопрочных штукатурю , способствует облегчению шлифовки плит тераццо и искусственных камней. Подобное применение флюатирования рекомендует, например, и Г. Гретц [41]. В каждом отдельном случае, однако, нужно предварительно тщательно определять действие этого препарата. [c.130]

    Флюатирование обыкновенно повторяют по крайней мере трижды, с 24-часовыми интервалами во времени. Первую и вторую покраски проводят Флюатом, разведенным водой в отношении 1 2 (2 части воды), а третью окраску —при соотношении 1 1. Каждую покраску после частичного высыхания тщательно обмывают чистой водой. [c.130]

    Цементы, обладающие значительной атмосферной устойчивостью, были получены при смешении ангидритового цемента с различными металлургическими шлаками, пуццолановыми материалами и золами, а также флюатированием. [c.8]

    Для повышения срока службы строительных материалов широко применяют флюатирование. М. М. Хигерович показал, что флюатирование уменьшает водонасыщение и повышает морозостойкость и механическую прочность изделий. Положительные результаты по флюатированию инкерманского известняка получены также В. Л. Астафьевым «. [c.284]

---

Флюатирование каменных и бетонных облицовок фасадов

Категория:

   Машины для малярных работ

Публикация:

   Флюатирование каменных и бетонных облицовок фасадов

Читать далее:

Флюатирование каменных и бетонных облицовок фасадов

В связи с большим применением облицовочных материалов для фасадов зданий возникает необходимость в защите поверхности облицовок для повышения их долговечности.

Материалом для защиты поверхности фасадов, облицованных каменными бетонными плитами, служат кремнефториды, или флюаты.

Кремнефторидами, или флюатами, называются водорастворимые соли магния, кальция, алюминия, бария, цинка и кремне-фтористоводородной кислоты. Для повышения стойкости наружных облицовок зданий применяют кремнефтористый магний, алюминий и цинк в виде кристаллов белого цвета. Основным сырьем для получения кремнефтористого магния, как и других кремнефторидов, служит техническая кремнефтористоводород-ная кислота, которая является отходом суперфосфата. Процесс обработки поверхностей флюатами называется флюагиро-ванием.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

При флюатировании уменьшается пористость поверхностного слоя материала, что повышает его прочность и атмосферостойкость. Одновременно с этим уменьшается оседание пыли на поверхности.

Следует отметить, что при флюатировании бетонной поверхности кремнефтористым магнием происходит некоторое потемнение бетона, чего не наблюдается при применении кремнефтористого цинка. Поэтому для сохранения однотонности облицовки, изготовленной из бетонных плиток, поверхности рекомендуется флюатировать кремнефтористым цинком. Фасады, облицованные плитками из известняка, флюатируют кремнефтористым магнием.

Мрамор и мраморовидные известняки yt подвергают флюатированию.

Флюатированию подвергаются облицовки фасадов зданий или облицовочные плитки при изготовлении их на заводах.

Наносят растворы флюат’ов удочкой краскопульта или пистолетом-распылителем.

Рабочая густота раствора флюата устанавливается в зависимости от плотности облицовочных камней с учетом пористости обрабатываемых материалов.

До начала производства работ по флюатированию поверхность готовой новой облицовки должна быть очищена от потеков строительного раствора, пыли и других загрязнений. Производить вместо очистки побелку облицовки с целью маскировки ее загрязнения не разрешается.

Перед флюатированием старой каменной или бетонной поверхности необходимо очистить выветрившиеся ее части пескоструйным аппаратом. Очищать следует в сухую погоду песком крупностью зерен до 1,2 мм при давлении воздуха в аппарате 3—5 ат. Сопло устанавливается на расстоянии 60—70 см от поверхности под углом 45° к ней. После очистки поверхность тщательно обдувают воздухом или промывают водой.

Рис. 1. Флюатирование облицовки фасада с помощью краскопульта

Архитектурные детали с тонким рисунком очищают волосяными щетками и одновременно промывают водой.

К флюатированию приступают после полной просушки поверхности. Флюатируют за два-четыре приема в зависимости от плотности и структуры обрабатываемого материала, причем каждое последующее покрытие производится после полного впитывания поверхностью предыдущего слоя. Первое флюати-рование выполняется менее концентрированными растворами (см. табл. 21), все последующие — более концентрированными.

Рекламные предложения:

Читать далее: Практические данные по выбору цвета отделки жилых помещений

Категория: — Машины для малярных работ

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Флюатирование. Вопросы и ответы.

Флюатирование – это процесс хим. воздействия растворимых флюатов (фторосиликатов) на известь негашеную, выделяющуюся при отвердении цемента. Эту реакцию была впервые применена профессором Хауэншильдом (Герм. патент 27083 от 5.06.1883г.), создав 1-й эффективный способ защиты бетона. Даже через столетие с четвертью данный метод остался актуальным и, самым доступным методом из по-настоящему эффективных.
Под воздействием фторосиликатов (флюатов) известь активная превращается в механически-прочный и химически активный фторид кальция, также образуются силикаты твердого свойства.
В результате процесса флюатирования изменяются свойства бетонного поверхностного слоя:

• увеличение степени морозостойкости поверхности;
• уменьшение пылеотделения до 10 раз;
• возрастание устойчивости к истиранию до 10 раз;
• значительное повышение устойчивости к хим. агрессивным средам;
• возрастание твердости до 50%;
• снижение степени впитывающей способности уплотнение поверхности бетона;

Явным преимуществом данного метода является хим. эффективность — масса продуктов при реакции значительно превышает массу веществ наносимых на бетонную поверхность. Процесс нанесения незначительного кол-ва флюатов (фторсиликатов) от 120 до 150 г/м способен к многократному увеличению срока службы бетонных оснований (по активным компонентов, что соответствует расходам рабочих растворов от 0,8 до 1 л/м²).
Фторосиликаты (флюаты) имеют весьма значительную область применения. Они применяются для защиты новых и старых полов из бетона на открытом воздушном пространстве и в помещении, резервуаров бетонных, дымовых труб, штукатурок и пр.

Крайне важно! Элакор-МБ1 имеет Группу горючести «НГ» по Пожарному Сертификату (материалы негорючие).

Процедура флюатирования уплотняет поверхности, но не может герметизировать ее полностью, поэтому поверхности остаются паропроницаемыми. Эффект паропроницаемости является несомненно большим плюсом и позволяет использовать процесс флюатирования для обрабатывания бетонных поверхностей с некачественно выполненной гидроизоляцией от капиллярного поступления водных масс и грунтовых вод.

Другие преимущества процесса флюатирования бетона:

• За весь срок службы флюатирование наносится 1 раз, и не вымывается из обработанной бетонной поверхности;
• не оказывает коррозионных воздействий на арматуру;
• не изменяет электропроводность тех материалов, на которые наносится флюатирование;
• флюатирование не образует на поверхностях пленок, подверженных истиранию;
• не изменяет бетонных характеристик: по характеристикам трения (сцепления), что становится важным, например, для аэродромных взлетных полос;
• не содержит орг. растворителей.

Бетон флюатированный имеет низкое пылеотделение, но не нулевое. Для полного обеспыливания бетонная поверхность дополнительно покрывается полимерной растворной пропиткой (Элакор-ПУ Грунт) либо водоэмульсионными полимерными (Элакор-МБ2).
Но не следует также забывать о недостатках процесса флюатирования. Поскольку флюаты (фторосиликаты) вступают в реакцию т с продуктами о твердения цемента, то флюаты (фторосиликаты) дают низкую эффективность:

• на весьма старых бетонах, в которых карбонизировалась известь;
• на бетонах свежеуложенных (до 10 дней), в которых процесс отвердения цементного материала только в самом начале и продуктов его отвердения недостаточно;
• на бетонах низкомарочных;

Процедура обработки бетонной поверхности — пропитка флюатами (фторосиликатами) — весьма проста, включает сл. обязательные операции:

1. Очищение бетонных поверхностей от цементного молочка и пр. загрязнений (дробеструйная, пескоструйная обработка, шлифование). Обработка лопастями либо диском бетона свежеуложенного при использовании машин бетоноотделочных шлифованием поверхностей не является!!!
3. Этап нанесения раствора фторосиликата (флюата) за 1-2 раза (каждый раз до насыщения бетонного материала), с промежуточными просушками около 1-х суток;
5. Если потребуется полное обеспыливание — нанесение пропитки из полимера.

Процесс флюатирования даже сегодня не потеряло своей целесообразности и актуальности, несмотря на наличие более эффективных технологий обеспыливания и упрочнения полов из бетона ( пропитывание растворами низковязкими из полиуретанов и некоторых эпоксидов, а также низковязкими безрастворными метакриловыми составами). Ни 1-на другая эффективная технология не оставляет паропроницаемыми поверхности. Так как ни один другой эффективный способ не оставляет поверхность паропроницаемой и, поэтому процесс флюатирования требует обязательного присутствия грамотно исполненной гидроизоляции от капиллярного поступления водной массы и грунтовых вод в структуру бетона.

Аналог Элакора-МБ1, МБ2 – Литурин I, II.

Таинственная экосистема на поверхности океана

Abstract

Жизнь на поверхности океана соединяет миры. От мелководья до глубокого моря, от открытого океана до рек и озер — многочисленные наземные и морские виды зависят от поверхностной экосистемы и обитающих в ней организмов. Организмы, которые свободно живут на поверхности, называемые «нейстоном», включают такие краеугольные организмы, как золотые водоросли Sargassum , составляющие Саргассово море, плавающие ракушки, улитки, голожаберники и книдарии.Многие экологически и экономически важные виды рыб обитают в нейстоне или полагаются на него. Виды на поверхности распределены неравномерно; на поверхности океана обитают уникальные нейстонные сообщества и экорегионы, встречающиеся только на определенных широтах и ​​только в определенных океанских бассейнах. Но поверхность также находится на переднем крае изменения климата и загрязнения. Несмотря на разнообразие и важность поверхности океана в соединении разрозненных сред обитания, а также риски, с которыми он сталкивается, мы очень мало знаем о нейстонной жизни.Это эссе познакомит вас с нейстоном, его связями с разнообразными средами обитания, угрозами, с которыми они сталкиваются, а также новыми возможностями для исследований и открытий на границе раздела воздух-море.

Образец цитирования: Helm RR (2021) Загадочная экосистема на поверхности океана. ПЛоС Биол 19 (4): e3001046. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001046

Опубликовано: 28 апреля 2021 г.

Авторские права: © 2021 Rebecca R. Helm.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Авторы не получали специального финансирования на эту работу.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.

Введение

Поверхность океана действует как перегородка между атмосферой наверху и водой внизу и служит убежищем для экосистемы, уникальной для этой среды.Эту залитую солнцем среду обитания можно определить как глубину примерно 1 метр, так как почти половина УФ-B ослабляется в пределах этого первого метра [1]. Организмам здесь приходится бороться с волновым действием и уникальными химическими [2–5] и физическими свойствами [4]. Поверхность используется широким кругом видов, от различных рыб и китообразных до видов, которые едут по обломкам океана (так называемые стропила) [6–8]. Наиболее заметно то, что на поверхности обитает уникальное сообщество свободноживущих организмов, получившее название «нейстон» (от греческого слова υεω, что означает и плавать, и плавать.Плавающие организмы также иногда называют плейстоном, хотя чаще используется нейстон).

Нейстон (рис. 1) — ключевые экологические звенья, соединяющие экосистемы, вплоть до коралловых рифов, островов, морских глубин и даже пресноводных местообитаний. В северной части Тихого океана 80% рациона логгерхедовых черепах состоит из добычи нейстона [9], а почти 30% рациона лайсанского альбатроса составляет нейстон [10]. Разнообразные пелагические и рифовые виды рыб обитают на поверхности в молодом возрасте [11] (Таблица 1), включая коммерчески важные виды рыб, такие как атлантическая треска ( Gadus spp.), лосось ( Oncorhynchus ) и морской окунь (Istiophoriformes). Нейстон может быть сконцентрирован в виде живых островов, полностью скрывающих морскую поверхность (рис. 2), или разбросан по редким лугам на тысячи миль. Тем не менее, роль нейстона, а во многих случаях и само его существование, часто упускается из виду.

Рис. 1. Различные элементы экосистемы поверхности океана.

(а) Пуговица синяя Porpita sp. вид сверху, (б) по ветру моряк Velella sp.если смотреть сверху, (c) Португальский флот Physalia sp. вид сбоку, с поплавком над поверхностью, (г) плавающий анемон Actinecta sp. вид сбоку, с аборальным поплавком на поверхности, (e) ракушечник-буй Dosima fascicularis , вид сбоку, с аборальным белым поплавком у поверхности воды, (f) молодая летучая рыба (семейство Exocoetidae), вид снизу , отраженное от поверхности выше, (ж) фиолетовая улитка Janthina sp.при взгляде сбоку, с большим плотом из пузырей, сделанным из слизи улиток, выходящей из воды, (h) синие морские драконы Glaucus sp. при взгляде сверху с темно-синими брюшными поверхностями (i) улитка Recluzia sp. если смотреть со стороны орального конца, (j) бумага nautilus Aurgonaut sp. если смотреть сбоку и отражаться от поверхности воды, (k) креветка из семейства Hippolytidae, цепляющаяся за выброшенный пузырьковый плот Janthina , (l) водоросли Sargassum sp.с небольшим крабом из саргассума Portunus sayi . Изображения a – e и g – i — Денис Риек, f и j — Сонгда Кай, k и l — Ребекка Р. Хельм.

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001046.g001

Рис. 2. Нейстон на поверхности океана.

Моряки по ветру Velella sp. покрывает поверхность океана у побережья Ла-Пуш, штат Вашингтон, Соединенные Штаты Америки. Изображение Скотта Хортона.

https://doi.org/10.1371 / journal.pbio.3001046.g002

Одним из наиболее известных поверхностных экорегионов является Саргассово море, экологически особый регион, заросший густыми нейстонными бурыми водорослями в Северной Атлантике. Множество экологически и коммерчески важных видов зависят от Саргассова моря, но нейстонная жизнь существует в каждом океаническом бассейне и может играть аналогичную, хотя и не признанную, роль в регионах по всей планете. Например, более 50 лет назад ученый СССР А. И. Савилов охарактеризовал 7 нейстонных экорегионов Тихого океана [12].Каждый экорегион обладает уникальным сочетанием биотических и абиотических условий и является местом обитания уникального сообщества нейстонных организмов. Тем не менее, эти экорегионы были в значительной степени забыты.

Но есть еще одна причина для изучения нейстона: поверхность океана находится на переднем крае антропогенного воздействия, от изменения климата до загрязнения, разливов нефти и пластика. Поверхность океана сильно пострадала от антропогенных изменений, и поверхностная экосистема, вероятно, уже сильно отличается от того, что было несколько сотен лет назад.Например, до повсеместного возведения дамб, лесозаготовок и индустриализации в открытый океан могло поступать больше древесины (например, см. [13]), в то время как пластик еще не был изобретен. А поскольку плавучая жизнь обеспечивает пищу и убежище для различных видов, изменения в поверхностной среде обитания вызовут изменения в других экосистемах и будут иметь последствия, которые мы не можем полностью понять или не сможем предсказать.

Изучение жизни на поверхности океана — глобальная задача. Это работа, которую никто или исследовательская группа не может выполнить в одиночку.Потребуются как профессиональные ученые, так и увлеченные натуралисты, чтобы раскрыть тайны этой уникальной и потрясающей экосистемы и роль, которую она играет в здоровье и разнообразии океанов Земли.

Чтобы способствовать исследованиям экосистем поверхности океана, я делаю обзор экологии нейстона и потенциальных воздействий, с которыми он может столкнуться. Кроме того, я предлагаю ключевые области исследований и наблюдений, которые помогут разгадать тайны этой уникальной экосистемы. (См. Текст S1 для руководства по свободноживущей жизни на поверхности океана.)

Как поверхность океана связана с экосистемами как над волнами, так и под ними?

«Незадолго до темноты , , когда они миновали большой остров Саргассовых водорослей, которые вздымались и качались в светлом море, как будто океан занимался любовью с чем-то под желтым одеялом , , его маленькая линия была взята дельфином ». — Эрнест Хемингуэй, Старик и море .

Экорегионы

На поверхности океана расположены разнообразные плавучие экосистемы в разных регионах.Единственный хорошо известный нейстонный экорегион, Саргассово море, охватывает область в западной части Северной Атлантики, где концентрируется нейстон Sargassum . В Саргассовом море обитает множество эндемичных видов, многие из которых приспособились укрываться среди нейстонных водорослей [14,15]. Саргассово море способствует разнообразию экосистемных товаров и услуг, и его оценка колеблется от более 200 миллионов долларов США за услуги рыболовства до 2,7 миллиардов долларов США за все услуги [16]. Распределение поверхностной жизни в Саргассовом море меняется по сезонам [17,18] и может зависеть от годовых и десятилетних тенденций [19,20].Эти тенденции могут повлиять как на экологию, так и на экономику региона, а также на заинтересованных сторон, которые зависят от видов, обитающих в Sargassum .

За пределами Саргассова моря наиболее детальная съемка тихоокеанского нейстона была проведена в 1950-х годах. Ученые СССР пересекли Тихий океан, собрав почти 500 образцов от 50 ° до более 40 ° ю.ш. [12]. В ходе этого масштабного исследования было обнаружено 7 различных экорегионов с разными видами нейстона, показывающими разные диапазоны, которые, вероятно, отражают их способность перемещаться с ветром, тепловые оптимумы, сезонность и жизненные циклы [12].

Линейная съемка от Фиджи до Бискайского залива также обнаружила значительные географические различия. В тропических морях Индийского океана преобладали нейстонные виды, включая Halobates , Physalia , Velella и Porpita [21]. Напротив, в восточной части Северной Атлантики преобладали мелкие быстроподвижные ракообразные, которые составляли более 90% нейстонных организмов [21,22]. Это говорит о том, что в этих регионах есть отдельные нейстонные сообщества.

Экологическая изменчивость в разных регионах также включает изменение поверхности во времени. В краткосрочных масштабах поверхностная среда обитания является частью простой вертикальной миграции морской жизни из морских глубин: самой большой миграции на Земле, которая происходит дважды в день [23]. Из-за этой миграции значительные различия в жизни на поверхности происходят между днем ​​и ночью в масштабе всего бассейна. Остракоды, мизиды, равноногие, гетеропод, различные ракообразные и личинки мшанок более многочисленны на поверхности в ночное время [21,22].Напротив, некоторые виды, связанные с поверхностью, такие как Sapphirina веслоногих рачков, которые используют сложные визуальные сигналы для спаривания, мигрируют на поверхность только в течение дня [24]. Эти мигрирующие виды увеличивают разнообразие на поверхности океана. В более крупных временных масштабах численность нейстона Sargassum изменяется сезонно [19,25,26], а некоторые нейстоны, такие как Velella , в одни сезоны выходят на берег чаще, чем другие [27], возможно, из-за сезонных колебаний в распределении.

Различия в нейстоне в пространстве и времени могут быть связаны с реальными границами популяций и видов. Например, в то время как некоторые виды, такие как голожаберный Glaucus atlanticus , распространены во всем мире, близкие родственники Glaucus bennettae и Glaucus mcfarlanei до сих пор идентифицированы только в субтропической системе круговоротов северной части Тихого океана [28] и представляют собой загадочные виды. Морской конькобежец Halboates демонстрирует замечательную изоляцию на уровне популяций и видов как в океанах, так и в океанских бассейнах [29,30], в то время как нейстонный Sargassum представляет собой генетический и морфотипический комплекс видов с разнообразными и отчетливыми моделями распространения [31].Ясно, что нейстон распределен неравномерно, и есть свидетельства об изоляции как видов, так и популяций, а также симпатрического видообразования. Однако по большинству нейстонных видов генетических или популяционных данных не существует. Являются ли представители «одного и того же вида» на расстоянии половины планеты частью взаимосвязанной глобальной популяции или же изолированы и достаточно обособлены, чтобы считаться разными видами с уникальной адаптацией к условиям своего региона мира?

Плохо изученные экорегионы нейстона следует рассматривать в контексте Саргассова моря: мы знаем, что этот сравнительно хорошо изученный регион имеет решающее значение как для экологии, так и для экономики Северной Атлантики, а его услуги оцениваются в миллиарды.Какие эколого-экономические услуги экосистемы нейстона предоставляют в других регионах океана?

Пищевые сети

Организмы, живущие на поверхности, являются связующим звеном между пищевыми цепями как сверху, так и снизу (рис. 3). С воздуха морские птицы охотятся на нейстон, в том числе на глупышей, буревестников и серых буревестников (см. Обзор в [32]). Почти 30% рациона тихоокеанского альбатроса Laysan составляет нейстон, в том числе Velella , Janthina , Halobates , а также яйца и личинки летучих рыб [10].Даже утки [33] и летучие мыши [34] охотятся на плавучий нейстон, когда они дрейфуют близко к берегу. Под поверхностью нейстон питаются разнообразными морскими черепахами (см. Обзор в [32]), в том числе оливковым ридли ( Lepidochelys olivacea ), которые охотятся на Janthina [9,35], зелеными черепахами ( Chelonia mydas ), которые охотятся на Porpita [36] и головастых черепах ( Caretta caretta ), которые охотятся на Velella и Janthina [9]. Нейстон — одна из наиболее важных жертв головастых морских черепах в центральной части северной части Тихого океана [9].Такие рыбы, как кижуч Oncorhynchus kisutch и колючий шип Squalus acanthias охотятся на Velella (см. Обзор в [32]), а животные глубокорассеивающего слоя также охотятся на нейстон [37]. Разнообразные личинки рыб из самых разнообразных экологически и экономически важных видов живут или охотятся на нейстоне [11] (Таблица 1).

Рис. 3. Нейстонская пищевая сеть.

Упрощенная поверхностная трофическая сеть, основанная на [65], с плавающими видами в сером ящике, на которых могут также охотиться крупные хищники (хотя отличительные особенности каждого вида см. В [65,66]).Изображения Mola mola , ласанского альбатроса, морской черепахи-ястреба и закопченного буревестника из Wikimedia Commons. Изображения Glaucus marginatus , Janthina umbilicata , Dosima fascicularis , Physalia sp., Velella sp. И Porpita sp. пользователя Denis Riek. Изображение копеподы из [67], изображение икры рыбы из [68], изображение молодого парусника из Linda Ianniello.

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001046.g003

Сами нейстон проникает в нижние воды, захватывая не нейстонную добычу и соединяя более глубокие воды с этим тонким поверхностным слоем. Velella питается разнообразной пищей, в том числе рыбьими яйцами и личинками [69], а Porpita и Dosima fascicularis потребляют быстро движущихся плотоядных каланоидных веслоногих рачков [66,70]. В отличие от Velella и Porpita , каждый из которых имеет щупальца, простирающиеся всего на несколько сантиметров, Physalia может выдвигать щупальца на много метров ниже поверхности и охотиться в основном на рыбу [71].

Многие виды нейстона также охотятся друг на друга, создавая взаимосвязанную пищевую сеть, простирающуюся в более широкий мир вокруг себя. Janthina и Glaucus охотятся на Physalia , Velella и Porpita . Janthina также были замечены, пытаясь съесть друг друга, предполагая, что они обладают способностью к каннибализму [65]. Единственное настоящее насекомое открытого океана, нейстон Halobates , охотится на другой нейстон, высасывая питательные вещества из организмов пронзительным ротовым аппаратом [72].

История жизни

Истории жизни соединяют разрозненные экосистемы; виды, которые живут на поверхности на одном этапе жизненного цикла, могут занимать глубоководные воды, бентос, рифы или пресноводные экосистемы на другом. Разнообразие видов рыб использует поверхность океана [73] либо в качестве взрослых особей, либо в качестве среды обитания для яиц и молодняка (примеры в таблице 1). Напротив, виды, плавающие на поверхности океана в течение одной стадии жизненного цикла, часто (хотя и не всегда) имеют пелагические личиночные стадии. Velella и Porpita выделяют медузы (medusae) [74], и хотя мы очень мало знаем о Porpita medusae, Velella medusae могли погружаться в более глубокие воды [74] или оставаться у поверхности, где они получают питательные вещества из зооксантелл [75]. Janthina имеет пелагических личинок велигеров [76], а Physalia может выделять репродуктивные кластеры, которые дрейфуют в толще воды. Halobates откладывают яйца на различные объекты, включая плавучие объекты [72] и панцири пелагических улиток [77].

Все виды с пелагическими стадиями должны в конечном итоге вернуться на поверхность. Для Velella и Porpita личинки, образующиеся при половом размножении медуз, развивают небольшие поплавки, которые выносят их на поверхность [78,79]. Для личинок Janthina переход к поверхностной жизни включает в себя деградацию их глаз и системы преддверия, и в то же время образование внешней структуры, которая, как сообщается, представляет собой либо небольшой парашют, сделанный из слизи, либо скопление пузырьков, которые они поднимают на поверхность [80,81].Молодые Halobates могут вылупляться как над, так и под поверхностью, а для тех, кто находится ниже, поверхностное натяжение оказывается серьезным препятствием. нимф Halobates может потребоваться несколько часов, чтобы прорваться сквозь поверхностную пленку [77]. Несмотря на трудности с выходом на поверхность, временная пелагическая жизнь может принести пользу.

Связанности экосистем поверхности океана может способствовать жизненный цикл видов, обитающих там (рис. 4). Одна из гипотез состоит в том, что у видов есть пелагические стадии, чтобы «покинуть» районы поверхностного стока и повторно заселить районы поверхностных источников, где одна стадия жизненного цикла дрейфует по поверхностным течениям в одном направлении, а пелагическая стадия либо остается географически локализованной [82], либо дрейфует в противоположном направлении. направление [12].Однако некоторые поверхностные виды, такие как эндемичные виды Саргассова моря, могут оставаться географически изолированными на протяжении всей своей жизни. Хотя эти гипотезы интригуют, мы не знаем, влияет ли и как история жизни на распределение популяций / видов для большинства нейстонных видов. Понимание того, как история жизни меняется у разных видов, является важным компонентом оценки как связности, так и сохранения нейстонных экосистем.

Рис. 4. Возможные механизмы жизненного цикла для локализации и распространения нейстонных организмов.

(a) Некоторые нейстонные виды откладывают яйца на плавающих объектах, а иногда и на пелагических организмах (например, Halobates spp.), В то время как другим требуются надводные плавающие объекты на ранних стадиях жизненного цикла (например, Dosima fascicularis [83]), третьи могут оставаться на поверхности или рядом с ней в течение жизненного цикла из-за зависимости от эндосимбиотических фотосинтетических зооксантелл (гипотеза, предложенная Ларсоном для Velella [75]). (b) Нейстонные организмы, такие как Sargassum , могут размножаться в одной области (большой кружок) и переноситься ветром и / или течениями в регионы с высокой плотностью распространения и низкой распространенностью (маленькие кружки) [25].(c) Нейстон может также занимать глубокую воду в течение одной части своей жизненной истории (гипотеза, предложенная для Velella Woltereck [84]), и (d) эти глубоководные среды обитания могут позволить им использовать встречные течения для перенос в направлении, противоположном поверхностным токам (гипотеза, предложенная для Velella Савиловым [12]).

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001046.g004

С какими угрозами сталкивается поверхность океана?

Поверхность океана является фронтом концентрации плавающих загрязнителей от пластика до нефти.Металлы и токсичные вещества концентрируются на поверхности океана, особенно гидрофобные молекулы, такие как ароматические углеводороды, пестициды и полихлорированные дифенилы (ПХБ), которые могут иметь сублетальные и летальные последствия для личинок рыб [85]. Кроме того, хлорированные и нефтяные углеводороды, оловоорганические соединения, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и тяжелые металлы на поверхности могут достигать концентраций до 500 раз выше, чем в толще воды [86]. Многие из этих соединений сконцентрированы в микрослое морской поверхности (глубина от 0 до 1000 мкм).В целом, загрязняющие вещества находятся в более низких концентрациях в открытом океане, чем в районах ближе к берегу [86], и хотя это может служить хорошим предзнаменованием для нейстонных видов открытого океана, это создает проблемы для прибрежных или бентосных видов с нейстонными яйцами или личинками (таблица 1).

Одна большая угроза для организмов как прибрежных, так и открытых океанов исходит от нефти. По оценкам, 741 килотонна нефти ежегодно выбрасывается в океан как из естественных, так и из антропогенных источников [87], с неизвестным воздействием на поверхностные экосистемы.Поскольку гидрофобные молекулы концентрируются на поверхности океана [2,88], нейстонные виды будут подвергаться воздействию нефти на несколько порядков больше, чем животные, даже на глубине метра ниже поверхности. Кроме того, виды нейстона также могут быть уязвимы для диспергентов, используемых при ликвидации разливов нефти, как в случае с медузами [89], которые умирают со значительно более высокой скоростью в присутствии диспергаторов, и Sargassum , который тонет в присутствии диспергенты [90]. Однако исследования различных нейстонных видов в присутствии нефти или диспергентов не проводились.

Плавающий пластик — еще один широко распространенный нефтепродукт на поверхности океана [91,92]. По оценкам, на поверхности океана находится от 14,9 до 51,2 триллиона кусочков пластика [93], что составляет более 250 000 тонн, в основном сосредоточенных в океанических субтропических круговоротах (известных в просторечии как «Мусорные пятна», включая Саргассово море) [94]. Этот пластик потребляется видами, охотящимися на поверхности, такими как альбатросы Ляйсан с атолла Мидуэй, которые ежегодно скармливают своим птенцам около 5 тонн океанического пластика [95,96].Такое высокое потребление пластика имеет смысл только в свете хищничества этих птиц на нейстоне [10]. Личинки нейстонных рыб и рафтинговые рафтинги были обнаружены с пластиком в кишечнике [11,97], хотя влияние этого пластика на эти организмы или животных, которые ими питаются, неизвестно. Некоторые нейстонные виды, такие как Halobates , могут извлечь выгоду из пластика, который обеспечивает твердую поверхность для откладки яиц [98]. Личинки рыбы также могут укрываться вокруг пластикового мусора [73].

Помня об этой сложности, мы должны действовать осторожно, пытаясь восстановить или сохранить поверхность океана.Например, несколько организаций обязуются удалять пластик из океана с помощью беспилотных устройств для сбора, вдохновленных скиммерами для бассейнов или технологиями, используемыми для ловли водорослей и медуз [99]. Неудивительно, что одна организация заманила сотни нейстонных животных в ловушку своего прототипа, что видно на их фотографии в пресс-релизе [100].

Из всех антропогенных воздействий на поверхность океана изменение климата будет иметь наибольшее влияние, и неясно, какое влияние оно окажет на нейстон.Поверхность океана напрямую контактирует с атмосферой, и изменения температуры сначала будут ощущаться на поверхности. Этот регион также уникально подвержен атмосферному воздействию углекислого газа и разрушительным воздействиям штормов, интенсивность и частота которых, согласно прогнозам, будут возрастать в условиях изменения климата [101].

В целом, угрозы для нейстона плохо изучены, и для каждой вероятной угрозы, перечисленной здесь, несомненно, многие в значительной степени неизвестны (например, балластная вода, локализованное загрязнение, влияние глубоководной добычи полезных ископаемых на стадии пелагического жизненного цикла, геоинженерия , так далее.).

Без лучшего понимания нейстона, лучшие способы сохранить и защитить поверхность океана далеко не ясны. Например, изменения в популяциях рыб, связанных с поверхностью (например, морская рыба, махи-махи, лосось и т. Д.), Или увеличение численности морских черепах или смертности морских птиц, могут быть результатом резких изменений в нейстонной экосистеме океана. При правильной инициативе эти изменения можно отслеживать, смягчать или даже отменять. Понимание динамики поверхности океана — поистине вызов глобального масштаба.Поверхность не знает национальных границ; действительно, районы, где вероятно высокая концентрация нейстона открытого океана (например, субтропические круговороты), находятся за пределами национальной юрисдикции. Ни один человек или группа не может полностью понять или отрегулировать здоровье этой жизненно важной экосистемы. К счастью, мы можем мыслить масштабнее.

Какие действия мы можем предпринять, чтобы лучше понять поверхность океана?

Ниже я определил некоторые ключевые области исследований и действий сообщества, которые будут способствовать нашему пониманию и сохранению поверхности океана.

1. Мониторинг сообщества: Глобальная сеть мониторинга сообщества для сообщения о наличии и отсутствии нейстона и связанных с ним отложений будет предоставлять столь необходимые исходные данные о том, когда и где встречаются виды и в каком количестве. Эта работа потребует глобальных усилий, связывающих ученых с членами сообщества и организациями (сообщества или гражданские науки), чтобы сообщать о наличии и отсутствии организмов таким организациям, как iNatralist.org или JellyWatch.org.Важность этой работы нельзя недооценивать: без точных инструментов прогнозирования того, когда и где возникает нейстон, мы не сможем их изучить, а без базовых данных об их распределении мы не сможем создать инструменты прогнозирования. Обладая этими данными, мы можем приступить к решению важнейших вопросов биологии поверхности.
2. Определение особо важных регионов открытого океана: Поверхность открытого океана неоднородна, и мы должны определить районы океана, обеспечивающие высокие экосистемные услуги. Саргассово море — ключевой пример критической поверхностной экосистемы, но, возможно, далеко не единственный.Саргассово море расположено на западном краю Североатлантического круговорота, и во всем мире существует 5 субтропических круговоротов. Все субтропические круговороты концентрируют плавающий пластик (включая Саргассово море [94]). Если все круговороты концентрируют плавающий пластик, очевидно, что они также могут концентрировать нейстонную жизнь. Другие субтропические регионы круговорота и регионы с повышенной концентрацией пластика (например, зоны океанической конвергенции) должны быть исследованы на предмет высокой плотности поверхностной жизни. В относительно небольших масштабах поверхностные слики также могут иметь решающее значение для концентрации нейстона [73].Эти регионы могут содержать как высокую биомассу, так и биоразнообразие нейстона и могут иметь важное значение для видов, зависящих от среды обитания на поверхности океана. Физические исследования (например, [102]) и исследования моделирования необходимы, чтобы понять, как распределение нейстона изменяется как в больших, так и в малых пространственных масштабах.
3. Связность популяций, история жизни и сети ресурсов: Понимание связности популяций и распределения видов является важным компонентом характеристики источников и поглотителей, роли, которую распределение видов играет в пополнении новых регионов, и того воздействия, которое отрасли промышленности могут оказывать на экосистемы нейстонов открытого океана .Мы должны изучить роль связности и транспорта населения, используя данные о распределении, моделирование и генетические данные. Из-за сложного переноса на поверхности океана некоторые районы океана могут выступать в качестве источников нейстона, а другие — в качестве поглотителей. Например, Саргассово море может быть тупиком Sargassum [25]. Сохранение Саргассова моря — важный первый шаг в защите предоставляемых им услуг, но он должен осуществляться с четким пониманием того, как другие регионы вносят свой вклад.На данный момент области с высокой концентрацией нейстона и региональной связностью, вероятно, подвержены влиянию истории жизни нейстона. Базовое понимание жизненных циклов нейстона необходимо для понимания распределения видов и их связи с другими экосистемами. Точно так же понимание трофической сети и взаимозависимости нейстонных экосистем позволит идентифицировать «краеугольные» виды, которые имеют решающее значение для функционирования экосистемы. Хотя нейстон составляет ядро ​​наземной экосистемы, они далеко не единственные.Киты заходят на поверхность, чтобы дышать, морские птицы, чтобы покормиться, организмы, сплавляющиеся на плотах, катаются на плавающих обломках. Понимание экологии поверхности означает изучение как абиотических условий атмосферы и океана, так и взаимозависимости всех организмов, которые используют эту замечательную среду обитания.
4. Понимание экономики поверхности океана: Коммерчески важные рыбы, такие как анчоусы, марлин, лосось, атлантическая треска и махи-махи, используют поверхность (таблица 1). Разнообразные виды лосося и морского окуня полагаются на поверхность в качестве среды обитания или пищи, и коммерческая стоимость только этих двух промыслов составляет более 9 миллиардов долларов США и обеспечивает почти 40 000 рабочих мест [103,104].И наша экономическая зависимость от поверхности океана имеет глубокую историю: ныне находящийся под угрозой исчезновения европейский угорь, который нерестится в Саргассовом море, прежде чем плыть вверх по течению в Европе, чтобы жить в пресной воде, когда-то использовался в качестве валюты для оплаты ренты в средневековой Англии (Джон Вятт Гринли, личное сообщение, 2020). Это всего лишь несколько примеров прямой связи между поверхностью открытого океана и разнообразием экологии и экономики. И мы не понимаем, как изменения в нейстонных сообществах могут или влияют на рыболовство.
5. Воздействие на поверхность океана: Последствия пластмасс, разливов нефти, загрязнения, рыболовства и изменения климата, вероятно, значительны для поверхности океана, но были оценены только для небольшого числа нейстонных видов (например, [11,90 , 98]). Поскольку граница раздела «воздух-море» имеет уникальные химические и физические свойства, исследования воздействия на другие морские экосистемы могут быть неприменимы к этой привычке. Например, пластик может «увеличивать» количество определенных нейстонных видов, обеспечивая среду обитания [98], а диспергаторы нефти могут иметь более серьезное влияние на жизнь поверхности, чем сама нефть [11,90].Это не означает, что пластик или нефть не связаны с рисками, но вместо этого риски для поверхности океана сложны и различны. По этой причине мы должны изучать воздействия на нейстон, а не предполагать их результат на основе других морских систем.
6. Правовая охрана поверхности океана: Понимание того, где концентрируются нейстонные организмы, динамики их трофической сети, связи популяций, границ видов и коммерческой ценности, имеет решающее значение для сохранения этой среды обитания, но этого недостаточно без правовой защиты.Защита поверхностных экосистем сохранит их функции и защитит их от эксплуатации. Поскольку многие из этих регионов находятся за пределами национальной юрисдикции, это потребует скоординированных международных усилий. Правовые требования к оценке и мониторингу воздействия на окружающую среду в международных водах сильно отсутствуют, но важно учитывать экосистему поверхности океана, особенно там, где возможно значительное воздействие на поверхность, включая (но не ограничиваясь): нефть, природный газ, отложения. загрязнение, пластиковое загрязнение и неконтролируемые объекты или сети на поверхности океана (включая пластиковые перехватчики, крупномасштабные лодки, собирающие пластик, рыбную ловлю и т.). Четкий план должен быть рассмотрен и согласован международным органом для оценки этих воздействий на основе вклада ученых и заинтересованных сторон в области охраны природы. И как для охраняемых территорий, так и для территорий с потенциально высоким уровнем антропогенного воздействия должен быть четкий протокол для мониторинга и управления деятельностью, обеспечения соблюдения нормативных требований и привлечения к ответственности организаций и правительств. Учитывая, насколько мало мы знаем о поверхностных экосистемах, следует придерживаться консервативного и осторожного подхода.

Поверхность океана поистине является глобальным ресурсом, который соединяет различные экосистемы и предоставляет ключевые услуги нашему миру, которые мы только начинаем понимать. Чтобы защитить ту важную роль, которую поверхность океана играет на нашей планете, мы должны исследовать и сохранить эту замечательную среду обитания между морем и небом.

Ссылки

1. 1. Флейшманн Э.М. Измерение и проникновение ультрафиолетового излучения в морскую тропическую воду.Limnol Oceanogr. 1989. 34 (8): 1623–1629.
2. 2. Харди JT. Микрослой морской поверхности: биология, химия и антропогенное обогащение. Prog Oceanogr. 1982. 11 (4): 307–328.
3. 3. Вурл О., Холмс М. Гелеобразная природа микрослоя морской поверхности. Mar Chem. 2008. 110 (1–2): 89–97.
4. 4. Вурл О, Экау З, Лендинг WM, Заппа CJ. Микрослой морской поверхности в меняющемся океане — перспектива. Elem Sci Anth. 2017; 5 (0): 31–11.
5. 5. Канлифф М, Мюррелл Дж.Микрослой морской поверхности представляет собой студенистую биопленку. ISME J. 2019; п. 1–3.
6. 6. Тиль М., Гутов Л. Экология сплава в морской среде. I. плавающие субстраты. В: Гибсон Р.Н., Аткинсон Р.Дж., Гордон Дж.Д.М., редакторы. Океаногр Мар Биол — Ежегодный обзор. CRC Press; 2004. с. 181–264.
7. 7. Тиль М., Гутов Л. Экология сплава в морской среде. II. Организмы и сообщество рафтинга. т. 43. Centro de Estudios Avanzados en Zonas Áridas (CEAZA), Ла-Серена, Чили; 2005 г.
8. 8. Тиль М., Хэй П.А. Экология сплава в морской среде. III. Биогеографические и эволюционные последствия. Океаногр Мар Биол — Ежегодный обзор. 2006; 44: 323–429.
9. 9. Паркер Д.М., Кук В.Дж., Бюллетень GBF, 2005. Рацион морских черепах-головорезов (Caretta caretta) в центральной части северной части Тихого океана. Бюллетень рыболовства — Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 2003. 103 (1): 142–152.
10. 10. Харрисон К.С., Хида Т.С., Секи МП.Экология кормления гавайских морских птиц. Wildl Monogr. 1983; 85: 3–71.
11. 11. Гоув Дж. М., Уитни Дж. Л., Макманус М. А., Леки Дж., Карвалью ФК, Линч Дж. М. и др. Пластмассы размером с жертву вторгаются в питомники личинок рыб. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2019; 53: 201^{6-7. pmid: 31712423}
12. 12. Савилов А.И. Плейстон Тихого океана. В кн .: Биология Тихого океана; 1969. с. 1–435.
13. 13. Ли Х., Гали В., Фенг Х, Понтон С., Гали А., Франс-Ланорд С. и др. Устойчивое деревянное захоронение в Бенгальском веере за последние 19 млн лет.Proc Natl Acad Sci. 2019; 116 (45): 22518–22525. pmid: 31636189
14. 14. Trott TM, Mckenna SA, Pitt JM, Hemphill A, Ming FW, Rouja P и др. Усилия по усилению защиты Саргассова моря. Proc Gulf Caribb Fish Inst. 2010. 63: 282–288.
15. 15. Дикманн Р., Пятковски Ю. Ранние этапы жизни головоногих моллюсков в Саргассовом море: распространение и разнообразие в зависимости от гидрографических условий. Mar Biol. 2002. 141 (1): 123–130.
16. 16. Лаффоли Д.А., Роу Х., Ангел М.В., Ардрон Дж., Бейтс Н.Р.Защита и управление Саргассовым морем: золотой плавучий тропический лес Атлантического океана: краткое изложение научных данных и подтверждающие доказательства. 2011.
17. 17. Райли Г.А. Фитопланктон северной части центрального Саргассова моря, 1950–52 гг. 1. Лимнология и океанография. 1957; 2 (3), 252–270.
18. 18. Брукс М.Т., Коулс В.Дж., Худ Р.Р., Гауэр Дж. Факторы, контролирующие сезонное распределение пелагического саргасса. Mar Ecol Prog Ser. 2018; 599: 1–18.
19. 19. Батлер Дж. Н., Стоунер А. В..Пелагический саргассум: изменилась ли его биомасса за последние 50 лет? Prog Oceanogr. 1984. 31 (10): 1259–1264.
20. 20. Ван М., Ху С., Барнс Б. Б., Митчам Г., Лапойнт Б., Монтойя Дж. П. Большой пояс атлантического саргасса. Наука. 2019; 365 (6448): 83–87. pmid: 31273122
21. 21. Холдуэй П., Мэддок Л. Сравнительный обзор нейстона: географические и временные закономерности распространения. Mar Biol. 1983; 76 (3): 263–270.
22. 22. Хемпель Г., Вайкерт Х. Нейстон субтропической и бореальной северо-восточной части Атлантического океана.Обзор. Mar Biol. 1972. 13 (1): 70–88.
23. 23. Brierley AS. Вертикальная миграция Диль. КУРБИО. 2014; 24 (22): R1074 – R1076. pmid: 25458213
24. 24. Чае Дж., Нисида С. Вертикальное распределение и диэлитная миграция радужных веслоногих рачков семейства Sapphirinidae: уникальный пример обратной миграции? Mar Ecol Prog Ser. 1995; 119: 111–124.
25. 25. Гауэр JFR, King SA. Распространение плавающего саргассумина в Мексиканском заливе и Атлантическом океане, нанесенное на карту с помощью MERIS.Int J Remote Sens. 2011; 32 (7): 1917–1929.
26. 26. Хаффард К.Л., фон Тун С., Шерман А.Д., Сили К., Смит К.Л. Младший. Изменения сообщества пелагических саргассумов за 40-летний период: временная и пространственная изменчивость. Mar Biol. 2014. 161 (12): 2735–2751. pmid: 25414525
27. 27. Биери Р. Экологическое значение сезонности и темпов роста Velella (Hydrozoa). Публикации Морской биологической лаборатории Сето. 1977. 18 (1–3): 63–76.
28. 28. Черчилль CKC, Вальдес Á, Ó Фойгил Д.Молекулярно-морфологическая систематика нейстонных голожаберников (Mollusca: Gastropoda: Glaucidae: Glaucus) с описанием трех новых криптических видов. Invertebr Syst. 2014. 28 (2): 174–23.
29. 29. Андерсен Н.М., Ченг Л., Дамгаард Дж., Сперлинг ФАХ. Вариации последовательности митохондриальной ДНК и филогеография океанических насекомых (Hemiptera: Gerridae: Halobates spp.). Mar Biol. 2000. 136 (3): 421–430.
30. 30. Лео С., Ченг Л., Сперлинг ФАХ. Генетически отдельные популяции морского конька Halobates sericeus (Heteroptera: Gerridae) сохраняются с позднего плейстоцена.J Crustacean Biol. 2012; 105: 797–805.
31. 31. Амарал-Зеттлер Л.А., Драгон Н.Б., Шелл Дж., Сликас Б., Мерфи Л.Г., Морралл К.Э. и др. Сравнительная геномика митохондрий и хлоропластов генетически отличной формы Sargassum, внесшей вклад в недавние «золотые приливы» в Западной Атлантике. Ecol Evol. 2016; 7 (2): 516–525. pmid: 28116048
32. 32. Arai MN. Хищничество пелагических кишечнополостных: обзор. J Mar Biol Assoc UK. 2005. 85 (3): 523–536.
33. 33. Филлипс Н., Иглинг Л., Харрод К., Рид Н., Каппанера В., Хоутон Дж.Шарлатаны перекусывают привкусами: наблюдали, как утки кряквы (Anas platyrhynchos) питаются гидрозоами (Velella velella). Plankton Benthos Res. 2017; 12 (2): 143–144.
34. 34. Зайцев Ю.П. Морская нейстонология. Виноградов К.А., редактор. (Морская неистонология). Академия наук Украинской ССР, Институт биологии южных морей им. Ковалевского, Одесское отделение; 1970.
35. 35. Ведемейер-Стромбель К.Р., Балаш Г.Х., Джонсон Дж.Б., Петерсон Т.Д., Викстен М.К., Плоткин П.Т.Высокая частота случаев попадания антропогенного мусора в организм морских черепах в северной части Тихого океана. Mar Biol. 2015. 162 (10): 2079–2091.
36. 36. Бойл MC, Limpus CJ. Содержимое желудков вылупившихся зеленых и логгерхедовых морских черепах в юго-западной части Тихого океана: понимание ассоциации среды обитания. Mar Biol. 2008. 155 (2): 233–241.
37. 37. Дойл MJ. Нейстонный ихтиопланктон в северной части экосистемы Калифорнийского течения. Отчет о совместных исследованиях океанического рыболовства Калифорнии.1992.
38. 38. Оливар М.П., ​​Гонсалес-Гордилло Дж. И., Салат Дж., Чуст Дж., Козар А., Эрнандес-Леон С. и др. Вклад мигрирующих мезопелагических рыб в сообщества нейстонов через Атлантический, Индийский и Тихий океаны. Mar Freshwater Res. 2016; 67 (8): 1114–14.
39. 39. Sponaugle S, Denit KL, Luthy SA, Serafy JE, Cowen RK. Изменчивость роста личинок Makaira nigricans. Limnol Oceanogr. 2005; 66: 822–835.
40. 40. Ward CH. Среда обитания и биота Мексиканского залива: до разлива нефти Deepwater Horizon.Ward CH, редактор. Том 1: Качество воды, осадки, загрязнители отложений, выходы нефти и газа, прибрежные местообитания, морской планктон и бентос, а также моллюски. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Спрингер; 2017.
41. 41. Бартлетт М.Р., Копея Р.Х., 1968. Нейстонские сети и личинки голубого марлина из Южной Атлантики (Makaira nigricans). Океанография. 1968; 1968 (3): 469.
42. 42. Rooker JR, Simms JR, Wells RJD, Holt SA, Holt GJ, Graves JE, et al. Распространение и ассоциации местообитаний личинок морской рыбы и меч-рыбы по мезомасштабным объектам в Мексиканском заливе.PLoS ONE. 2012; 7 (4): e34180–14. pmid: 22509277
43. 43. Говони Дж. Дж., Стендер Б. В., Пашук О. Распространение личинок меч-рыбы, Xiphias gladius и вероятный нерест у юго-востока США. Рыба Бык. 2000. 98: 64–74.
44. 44. Зайцев Ю. Нейстон морей и океанов. В кн .: Поверхность моря и глобальные изменения. Издательство Кембриджского университета; 2009. с. 371–382.
45. 45. Люкс FE, Уиллер CL. Личинки и молодь рыб, пойманные в ходе нейстонной съемки в Баззардс-Бей, Массачусетс, в 1979 г .; 1992 г.
46. 46. Лейва-Крус Э., Васкес-Йоманс Л., Каррильо Л., Вальдес-Морено М. Идентификация икры пелагических рыб на юго-востоке полуострова Юкатан с использованием штрих-кодов ДНК. Геном. 2016; 59 (12): 1117–1129. pmid: 27753507
47. 47. Палко Б.Дж., Бердсли Г.Л., Ричардс В.Дж. Сводка биологических данных о рыбах-дельфинах, Coryphaena hippurus Linnaeus и Coryphaena equiselis Linnaeus; 1982. pmid: 7133675
48. 48. Леваллен Е.А., Питман Р.Л., Кьяртансон С.Л., Лавджой Н.Р.Молекулярная систематика летучих рыб (Teleostei: Exocoetidae): эволюция в эпипелагиали. J Crustacean Biol. 2011; 102: 161–174.
49. 49. Паулс Х., Стендер Б.В. Наблюдения за составом, сезонностью и распределением ихтиопланктона во время круизов MARMAP в Южно-Атлантической бухте в 1973 году. Исследовательский институт морских ресурсов Департамента дикой природы и морских ресурсов Южной Каролины. 1976.
50. 50. Кумбс Ш., Пайп Р.К., Митчелл К.Э. Вертикальное распределение яиц и личинок путассу (Micromesistius poutassou) и скумбрии (Scomber scombrus в восточной части Северной Атлантики и Северном море.Rapports et procès-verbaux des reunions. 1981; 178: 188–195.
51. 51. Кумбс С.Х., Морганс Д., Холлидей, Северная Каролина. Сезонные и онтогенетические изменения вертикального распределения яиц и личинок скумбрии (Scomber scombrus L.) и ставриды (Trachurus trachurus L.). Fish Res. 2001; 50: 27–40.
52. 52. Серый CA. Горизонтальные и вертикальные тенденции в распределении личинок рыб в прибрежных водах центрального Нового Южного Уэльса, Австралия. Mar Biol. 1993. 116 (4): 649–666.
53. 53. Leis JM. Вертикальное распределение личинок рыб в лагуне Большого Барьерного рифа, Австралия. Mar Biol. 1991. 109 (1): 157–166.
54. 54. Лейс Дж. М., Миллер Дж. М.. Модели распределения личинок гавайских рыб в прибрежных водах. Mar Biol. 1976; 36 (4): 359–367.
55. 55. Gartner JV Jr, Стил П., Торрес Дж. Аспекты распространения фонарных рыб (Рыбы: Myctophidae) из Северного Саргассова моря. Bull Mar Sci. 1989. 45 (3): 555–563.
56. 56.Болерт Г.В., Уотсон В., Сан Л. Горизонтальное и вертикальное распределение личинок рыб вокруг изолированного океанического острова в тропической части Тихого океана. Prog Oceanogr. 1992. 39 (3–4): 439–466.
57. 57. Brodeur RD, Pool SS, Miller TW. Селективность добычи молоди лосося на нейстонном мезозоопланктоне в северной части Калифорнийского течения. J Ichthyol. 2013; 9: 107–111.
58. 58. Brodeur RD. Нейстонное питание молоди лососевых в прибрежных водах северо-восточной части Тихого океана.Может J Zool. 1989. 67 (8): 1995–2007.
59. 59. Пул СС, Риз округ Колумбия, Бродер RD. Определение морской среды обитания молоди чавуки, Oncorhynchus tshawytscha и кижуча, O. kisutch, в северной Калифорнийской системе течения. Environ Biol Fishes. 2011. 93 (2): 233–243.
60. 60. Бродер Р.Д., Манди Британская Колумбия, Пирси В.Г., Виссеман Р.В. Нейстонная фауна прибрежных вод северо-востока Тихого океана: численность, распространение и использование молодью лососевых. Программа морских грантов Университета штата Орегон.1987; п. 1–61.
61. 61. Макклив Дж. Д., Клекнер Р. К., Кастонгуай М. Репродуктивная симпатия американских и европейских угрей и последствия для миграции и таксономии. Mar Ecol Prog Ser. 1987; 1: 286–297.
62. 62. Аарструп К., Окланд Ф., Хансен М.М., Райтон Д., Гарган П., Кастонгуай М. и др. Океаническая нерестовая миграция европейского угря (Anguilla anguilla). Наука. 2009. 325 (5948): 1660–1660. pmid: 19779192
63. 63. Клекнер Р.С., Макклив Д.Д., Виппельхаузер Г.С.Нерест американского угря, Anguilla rostrata, относительно термальных фронтов в Саргассовом море. Environ Biol Fishes. 1983. 9 (3–4): 289–293.
64. 64. Бегер-Пон М., Кастонгуай М., Шан С., Бенчетрит Дже, Додсон Дж. Дж. Прямые наблюдения за американскими угрями, мигрирующими через континентальный шельф в Саргассово море. Nat Commun. 2015; п. 1–9. pmid: 26505325
65. 65. Биери Р. Кормовые предпочтения и показатели улитки, Ianthina longata, ракушки, lepas anserifera, голожаберников, glaucus atlanticus и fiona pinnata, а также пищевой сети в морском нейстоне.Publ Seto Mar Biol Lab. 1966. 14 (2): 161–170.
66. 66. Биери Р. Питание Porpita и разделение ниш у трех нейстонных кишечнополостных. Publ Seto Mar Biol Lab. 1970. 17 (5): 305–307.
67. 67. Моджиб Н., Амад М., Тимма М., Алданондо Н., Кумаран М., Иригойен X. Метаболическое профилирование каротиноидов и анализ транскриптомного генома выявляют функциональную эквивалентность синопигментированных копепод и аппендикуляров. Mol Ecol. 2014. 23 (11): 2740–2756. pmid: 24803335
68. 68.Родригес Т., Хильсдорф АВС, Пимента Э.Г., Аморим А.Ф. Встречаемость и идентификация личинок Istiophoridae и яиц Xiphiidae у юго-восточного побережья Бразилии. Boletim do Instituto de Pesca. 2017; 43 (1): 78–86.
69. 69. Перселл Дж. Э., Кларкин Э., Дойл Т. К.. Корм Velella velella (Cnidaria: Hydrozoa) в водорослях и распространение в Ирландских морях. Hydrobiologia. 2012. 690 (1): 47–55.
70. 70. Ньюман В.А., Эбботт Д.П. Cirripedia: ракушки. В: Приливные беспозвоночные Калифорнии.decapoda.nhm.org; 1980.
71. 71. Перселл JE. Похищение личинок рыб со стороны португальского военного деятеля Physalia Physalis. Mar Ecol Prog Ser. 1984; 19: 189–191.
72. 72. Андерсен Н.М., Ченг Л. Морские насекомые Halobates (Heteroptera: Gerridae): биология, адаптации, распространение и филогения. Океаногр Мар Биол — Ежегодный обзор. 2004. 42: 119–180.
73. 73. Whitney JL, Gove JM, McManus MA, Smith KA, Lecky J, Neubauer P, et al. Поверхностные пятна являются пелагическими рассадниками разнообразной океанской фауны.Sci Rep.2021; п. 1–18. pmid: 33414495
74. 74. Бринкманн-Фосс А. Anthomedusae-Athecatae (Hydrozoa, Cnidaria) Средиземноморья. Фауна Флора Гольфо Неаполь. 1970; 39: 1–96.
75. 75. Ларсон Р.Дж. Медуза Velella velella (Linnaeus, 1758) (Hydrozoa, Chondrophorae). J Crustacean Biol. 1980. 2 (3): 183–186.
76. 76. Лаурсен Д. Род Ianthina. Океанографическая кругосветная экспедиция Фонда Карлсберга в 1928–1930 годах и предыдущие «Дана» -экспедиции; 1953 г.
77. 77. Мллер Андерсен Н., Ченг Л. Морские насекомые-палочки (Heteroptera: Gerridae). В кн .: Океанография и морская биология. CRC Press; 2010. с. 119–179.
78. 78. Leloup E. Recherches sur I’anatomie etIe de’veloppement de. Вассал; 1929.
79. 79. Delsman HC. Beiträge zur Entwickelungsgeschichte von Porpita. ТРЕУБИЯ. 1923; 3: 243–266.
80. 80. Wilson DP, Association MWJotMB, 1956. Вклад в биологию Ianthina janthina (L.). J Mar Biol Assoc UK. 1956: 35 (291–305).
81. 81. Лалли CM, Гилмер RW. Пелагические улитки. Биология голопланктонных брюхоногих моллюсков. Stanford University Press; 1989.
82. 82. Биери Р. Экологическое значение сезонности и скорости роста Velella (Hydrozoa). Publ Seto Mar Biol Lab. 1977. 18 (1–3): 63–76.
83. 83. Жеден В., Клепал В., фон Берн Дж., Богнер Ф. Р., Тиль К., Ковалик Т. и др. Биохимический анализ цементного поплавка ракушки гуся Dosima fascicularis — предварительное исследование.Биообрастание. 2014; 30 (8): 949–963. pmid: 25237772
84. 84. Woltereck R. Ueber die Entwicklung der Velella aus einer in der tiefe vorkommenden Larve. Фишер; 1904.
85. 85. Харди Дж., Киссер С., Антрим Л., Стубин А., Экологический РКМ, 1987. Микрослой морской поверхности Пьюджет-Саунд: Часть I. Токсическое воздействие на икру и личинки рыб. Prog Oceanogr. 1987. 23 (4): 227–249.
86. 86. Wurl O, Obbard JP. Обзор загрязнителей в микрослое морской поверхности (SML): уникальной среде обитания морских организмов.Prog Oceanogr. 2004. 48 (11–12): 1016–1030. pmid: 15172807
87. 87. Совет по транспортным исследованиям и Национальный исследовательский совет. Нефть в море III: входы, судьбы и последствия. Вашингтон, округ Колумбия. Издательство национальных академий. 2003. https://doi.org/10.17226/10388
88. 88. Харди Дж. Т., Креселиус Э. А., Environmental LAM, 1987. Микрослой морской поверхности Пьюджет-Саунда: Часть II. Концентрации загрязняющих веществ и отношение к токсичности. Prog Oceanogr. 1987. 23 (4): 251–271.
89. 89. Эколс Б.С., Смит А.Дж., Гардинали П.Р., Рэнд Г.М. Использование эфиров сцифозной медузы Aurelia aurita в водной токсикологической оценке масел Macondo после инцидента Deepwater Horizon. Chemosphere. 2016; 144 (C): 1893–1900. pmid: 26547023
90. 90. Пауэрс С.П., Эрнандес Ф.Дж., Кондон Р.Х., Дримон Дж.М., Фри СМ. Новые пути травм от разливов нефти на море: прямое, сублетальное и косвенное воздействие разлива нефти глубоководного горизонта на сообщества пелагического саргасса.PLoS ONE. 2013; 8 (9): e74802–7. pmid: 24086378
91. 91. Тринанес Дж. А., Оласкоага М. Дж., Гони Г. Дж., Максименко Н. А., Гриффин Д. А., Хафнер Дж. Анализ траекторий потенциальных обломков полета Mh470 с использованием наблюдений за океаном и результатов численной модели. J Oper Oceanogr. 2016; 9 (2): 126–138.
92. 92. Максименко Н., Хафнер Дж., Камачи М., МакФадьен А. Численное моделирование дрейфа обломков Великого японского цунами 2011 года и их проверка с помощью отчетов наблюдений. Mar Pollut Bull.2018; 132: 5–25. pmid: 29728262
93. 93. ван Себилль Э., Уилкокс С., Лебретон Л., Максименко Н., Хардести Б.Д., ван Франекер Дж.А. и др. Глобальный перечень небольшого плавающего пластикового мусора. Environ Res Lett. 2015; 10 (12): 124006–12.
94. 94. Эриксен М., Лебретон LCM, Карсон Х.С., Тиль М., Мур С.Дж., Борерро Дж.С. и др. Загрязнение Мирового океана пластиком: более 5 триллионов пластиковых деталей общим весом более 250 000 тонн на плаву в море. PLoS ONE. 2014; 9 (12): e111913–15. pmid: 25494041
95. 95.Клавиттер Дж. Открытые пространства: разговор о дикой стороне. Выброшенные пластмассовые цыплята-альбатроса; 2012. Служба рыболовства и дикой природы США. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2012.04.001 pmid: 22575495
96. 96. Клавиттер Дж. Расчет количества пластика, «засыпанного» ежегодно альбатросами в СЗР атолла Мидуэй; 2005.
97. 97. Гольдштейн MC, Гудвин Д.С. Моллюски гусиная шея (Lepasspp.) Заглатывают остатки микропластика в субтропическом круговороте северной части Тихого океана.Пер Дж. 2013; 1 (12): e184–17.
98. 98. Гольдштейн М.К., Розенберг М., Ченг Л. Увеличение количества океанического микропластика усиливает откладку яиц у эндемичных пелагических насекомых. Biol Lett. 2012. 8 (5): 817–820. pmid: 22573831
99. 99. Брамбини Р., Доммерг Б., Марал Х., Сент-Роуз Б. Гидродинамика и эффективность улавливания пластиковых заградительных бонов: Часть I — Эксперименты и динамический анализ. В: 36-я Международная конференция ASME 2017 по морскому, морскому и арктическому инжинирингу. Американское общество инженеров-механиков; 2017 г.п. 1–11.
100. 100. Адамс Дж. Дж. Пластиковые океаны: нежелательный мусор и популярный, но бездоказательный план решения проблемы. Ванкувер Сан [Интернет]. 2020, 17 января. Доступно по адресу: https://vancouversun.com/news/plastic-oceans-unwanted-trash-and-a-popular-but-unproven-plan-to-solve-the-problem
101. 101. Knutson TR, McBride JL, Chan J, Emanuel K, Holland G, Landsea C и др. Тропические циклоны и изменение климата. Nat Geosci. 2010; 3: 157–163.
102. 102. Дойл Т.К., Хоутон Дж.Д.Р., Бакли С.М., Хейс Г.К., Давенпорт Дж.Широкомасштабное распространение пяти видов медуз в прибрежной среде с умеренным климатом. Hydrobiologia. 2006. 579 (1): 29–39.
103. 103. Гисласон Дж., Лам Э., Кнапп Дж., Геттаби М. Экономические последствия промысла тихоокеанского лосося. Комиссия по тихоокеанскому лососю, Ванкувер, Канада; 2017.
104. 104. Диттон РБ, Столл-младший. Социально-экономические перспективы любительского рыболовства. Mar Freshwater Res. 2003. 54 (4): 545–10.

Поверхностное натяжение и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Поверхностное натяжение: «Свойство поверхности жидкости, которое позволяет ей сопротивляться внешней силе из-за когезионной природы ее молекул.»

Кажется, что это противоречит законам физики, но скрепка из стали действительно может плавать на поверхности воды. Высокое поверхностное натяжение помогает скрепке с гораздо большей плотностью плавать по воде.

Силы сцепления между молекулами жидкости ответственны за явление, известное как поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности стакана с водой не имеют других молекул воды со всех сторон от них, и, следовательно, они более прочно сцепляются с молекулами, непосредственно связанными с ними (в данном случае, рядом и под ними, но не над ними).Неверно, что на поверхности воды образуется «кожа»; более сильное сцепление между молекулами воды в отличие от притяжения молекул воды к воздуху делает более трудным перемещение объекта по поверхности, чем перемещение его, когда он полностью погружен. (Источник: GSU).

Сцепление и поверхностное натяжение

Силы сцепления между молекулами жидкости распределяются между всеми соседними молекулами. Те, что находятся на поверхности, не имеют соседних молекул сверху и, таким образом, проявляют более сильные силы притяжения к своим ближайшим соседям на поверхности и под ней.Поверхностное натяжение можно определить как свойство поверхности жидкости, которое позволяет ей противостоять внешней силе из-за когезионной природы молекул воды.

Поверхностное натяжение на молекулярном уровне

Поверхностное натяжение в воде связано с тем, что молекулы воды притягиваются друг к другу, поскольку каждая молекула образует связь с молекулами, находящимися поблизости. На поверхности, однако, самый внешний слой молекул имеет меньше молекул, за которые можно цепляться, поэтому это компенсируется установлением более прочных связей со своими соседями, что приводит к образованию поверхностного натяжения.

Молекулы воды хотят прижаться друг к другу. На поверхности, однако, меньше молекул воды, за которые можно цепляться, поскольку наверху есть воздух (а значит, нет молекул воды). Это приводит к более прочной связи между молекулами, которые действительно контактируют друг с другом, и слоем прочно связанной воды (см. Диаграмму). Этот поверхностный слой (удерживаемый поверхностным натяжением) создает значительный барьер между атмосферой и водой. Фактически, вода обладает наибольшим поверхностным натяжением, кроме ртути, из всех жидкостей. (Источник: Озера Миссури)

Внутри тела жидкости молекула не будет испытывать результирующую силу, потому что все силы соседних молекул компенсируются (диаграмма). Однако для молекулы на поверхности жидкости будет действовать чистая внутренняя сила, поскольку не будет силы притяжения, действующей сверху. Эта направленная внутрь сила заставляет молекулы на поверхности сжиматься и сопротивляться растяжению или разрушению. Таким образом, поверхность находится под натяжением, откуда, вероятно, и произошло название «поверхностное натяжение». (Источник: Фонд Вудро Вильсона).

Из-за поверхностного натяжения маленькие объекты будут «плавать» на поверхности жидкости, пока объект не может пробиться и разделить верхний слой молекул воды. Когда объект находится на поверхности жидкости, поверхность, находящаяся под натяжением, ведет себя как эластичная мембрана.

Примеры поверхностного натяжения

Водомерки могут ходить по воде благодаря сочетанию нескольких факторов.Водомерки используют высокое поверхностное натяжение воды и длинные гидрофобные ноги, чтобы оставаться над водой.

Водомерки используют это поверхностное натяжение в своих интересах за счет хорошо адаптированных ног и распределенного веса. Ноги водомера длинные и тонкие, что позволяет распределять вес корпуса водомера по большой площади поверхности. Ноги сильные, но обладают гибкостью, что позволяет водомеркам равномерно распределять свой вес и течь вместе с движением воды.Волосы гидрофуги покрывают поверхность тела водомера.

• Ходьба по воде: Маленькие насекомые, такие как водомерок, могут ходить по воде, потому что их веса недостаточно, чтобы проникнуть на поверхность.
• Плавающая игла: Осторожно помещенную маленькую иглу можно заставить плавать на поверхности воды, даже если она в несколько раз плотнее воды. Если поверхность встряхнуть, чтобы снизить поверхностное натяжение, игла быстро утонет.
• Не трогайте палатку !: Обычные материалы для палаток в некоторой степени водонепроницаемы, так как поверхностное натяжение воды перекрывает поры в тонкотканом материале. Но если прикоснуться пальцем к материалу палатки, вы нарушите поверхностное натяжение, и дождь потечет.
• Клинический тест на желтуху: Нормальная моча имеет поверхностное натяжение примерно 66 дин / сантиметр, но если присутствует желчь (тест на желтуху), оно падает примерно до 55. В тесте Хая моча разбрызгивается порошкообразной серой. поверхность.Он будет плавать в обычной моче, но опустится, если желчь снизит поверхностное натяжение.
• Дезинфицирующие средства с поверхностным натяжением: Дезинфицирующие средства обычно представляют собой растворы с низким поверхностным натяжением. Это позволяет им распространяться на клеточных стенках бактерий и разрушать их.
• Мыло и моющие средства: Они помогают при стирке одежды, снижая поверхностное натяжение воды, так что она легче впитывается в поры и загрязненные участки.
• Стирка холодной водой: Основная причина использования горячей воды для стирки заключается в том, что ее поверхностное натяжение ниже и она лучше смачивает.Но если моющее средство снижает поверхностное натяжение, нагревание может быть ненужным.
• Почему пузырьки круглые: Поверхностное натяжение воды обеспечивает необходимое натяжение стенки для образования пузырьков с водой. Стремление минимизировать это натяжение стенок приводит к приданию пузырькам сферической формы.
• Поверхностное натяжение и капли: Поверхностное натяжение отвечает за форму капель жидкости. Хотя капли воды легко деформируются, они имеют тенденцию принимать сферическую форму за счет сил сцепления поверхностного слоя.

Источник: Государственный университет Джорджии

Поверхность Венеры движется, как лед, плывущий по океану

Резюме исследования — это краткий обзор интересной академической работы.

---

Большая идея

Большая часть хрупкой верхней коры Венеры разбита на фрагменты, которые толкаются и движутся — и это может быть причиной медленного взбалтывания мантии Венеры под поверхностью. Мы с коллегами пришли к этому открытию, используя данные радара десятилетней давности, чтобы исследовать, как поверхность Венеры взаимодействует с внутренними частями планеты.Мы описываем это в новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences 21 июня 2021 года.

Ученые-планетологи, такие как я, давно знали, что Венера имеет множество тектонических форм рельефа. Некоторые из этих образований представляют собой длинные тонкие пояса, в которых корка сжимается, образуя гребни, или разрывается, образуя впадины и бороздки. Во многих из этих поясов есть свидетельства того, что кусочки корки тоже двигались из стороны в сторону.

Наше новое исследование впервые показывает, что эти полосы гребней и впадин часто отмечают границы плоских низменных областей, которые сами по себе демонстрируют относительно небольшую деформацию и представляют собой отдельные блоки коры Венеры, которые смещались, вращались и скользили друг за другом с течением времени — и, возможно, так было в недавнем прошлом.Это немного похоже на тектонику плит Земли, но в меньшем масштабе и больше напоминает паковый лед, плавающий над океаном.

Исследователи выдвинули гипотезу, что, как и мантия Земли, мантия Венеры закручивается токами, нагреваясь снизу. Мы с коллегами смоделировали медленное, но мощное движение мантии Венеры и показали, что оно достаточно мощное, чтобы фрагментировать верхнюю кору везде, где мы обнаружили эти низинные блоки.

Почему это важно

Главный вопрос о Венере заключается в том, есть ли на планете действующие вулканы и тектонические разломы сегодня.По сути, она того же размера, состава и возраста, что и Земля — ​​так почему бы ей не быть геологически живой?

Но ни одна миссия к Венере еще не показала, что планета активна. Есть соблазнительные, но в конечном итоге неубедительные доказательства того, что извержения вулканов происходили здесь в недавнем геологическом прошлом — и, возможно, даже продолжаются. Аргументы в пользу тектонической активности — скрипов, разрывов и складок земной коры — лежат на еще менее прочной основе.

Показ того, что геологический двигатель Венеры все еще работает, будет иметь огромное значение для понимания состава мантии планеты, того, где и как вулканизм может происходить сегодня, и как сама кора формируется, разрушается и заменяется.Поскольку наше исследование предполагает, что некоторые из этих толчков земной коры произошли недавно с геологической точки зрения, мы, возможно, сделали большой шаг вперед в понимании того, действительно ли Венера активна сегодня.

Квантовый перенос двумерного поверхностного состояния в несимморфном Полиметалл

Реферат

В топологической полуметалл с точками Дирака или Вейля, объем-граница принцип соответствия предсказывает режим беззазорной кромки, если на поверхности все еще сохраняется симметрия. Обнаружение таких состояние топологической поверхности было рассмотрено как доказательство отпечатка пальца для кристаллов с нетривиальной топологической объемной зоной.Напротив, было высказано предположение, что даже при нарушении симметрии на поверхности, в несимморфных топологических полуметаллах может появиться новая поверхностная полоса. Понижение симметрии на поверхности снимает объемные зонные вырождения. и образует необычную «плавающую» полосу на поверхности с тривиальная топология. Здесь мы сначала сообщаем о квантовом транспортном зондировании. до тонких чешуек ZrSiSe и непосредственно обнаруживают транспортные признаки это новое состояние поверхности. Примечательно, что хотя топологически тривиально, такая поверхностная полоса проявляет существенные двумерные свойства Шубникова – де Квантовые осцилляции Хааза с высокой подвижностью, что означает новое механизм защиты и может открывать приложения для квантовых вычислений и спинтронные устройства.

Ключевые слова: полуметалл 2D топологических узловых линий, несимморфный симметрия, поверхностный перенос, квантовые осцилляции ШдГ

Поверхность электронное состояние была центральным направлением физики конденсированного состояния. Отчетливая электрическая свойства из хорошо защищенного состояния поверхности (или края), например квантовые эффекты Холла или квантовые спиновые эффекты Холла открывают широкие возможности для приложений устройств на основе состояния поверхности. ¹⁻⁵ Условные поверхностные состояния, возникающие в результате прекращение трехмерного (3D) объемного периодического потенциала, подвержены дефектам или загрязнениям, которые почти неизбежно появляются в кристаллах.В последнее время произошел значительный прорыв в поиск робастных состояний поверхности наряду с поиском новых топологические квантовые материалы. Топологические поверхностные состояния, найденные в объемные топологические изоляторы ⁶⁻¹¹ устраняют обратное рассеяние из-за синхронизации спинового момента, которая происходит из хиральной линейной дисперсии энергии как защищенный обращением времени или симметриями решетки. В полуметаллах Вейля и Полуметаллы Дирака, ^1,2 необычных поверхностных состояний как разъединенные или соединенные дуги Ферми, изгибающиеся в противоположных направлениях, соответственно.Экспериментально была проведена обширная характеристика о транспортных свойствах поверхностных состояний в топологических изоляторах. ⁷ Для трехмерных топологических полуметаллов, орбита Вейля на поверхность объемного полуметалла Дирака Cd ₃ As ₂ имеет недавно наблюдались квантовые осцилляции ^12,13 и квантовый эффект Холла ^14,15 в наноструктурированных устройство за счет повышенного отношения транспортного сигнала поверхности к масса. В отличие от вышеуказанных топологически защищенных состояний поверхности, новое двумерное состояние плавающей поверхности может возникнуть в несимморфных топологических полуметаллах ZrSi M ( M = S, Se или Te). ⁴ Такое новое состояние поверхности происходит от снижение симметрии на поверхности, отличное от хорошо известного «Условное» топологическое состояние поверхности, возникающее из принцип соответствия объемной границе в топологических материалах.

ZrSi M принадлежит к недавно обнаруженному семейству топологических полуметаллов WHM ( W = Zr, Hf или редкоземельный; H = Si, Ge, Sn) ^16-25 . Эти материалы кристаллизуются в слоистых формах. тетрагональная структура (а) и обладают двумя типами состояний Дирака: узловой линией Дирака состояние, защищенное симметрией C _{2 v} и разнесенное спин-орбитальной связью ^16,17 и двумерное безщелевое состояние Дирака с узловой точкой, защищенное несимморфным симметрия. ^16,26−28 Различные комбинации элементов W , H и M дополнительно приводят к высокой настраиваемости спин-орбитальной связи, ^29-31 магнетизму, ^22,23 и структурной размерности, ^17,21,30 , что приводит к богатым электронным свойствам различных WHM s, таких как большое магнитосопротивление, ^32,33 высокая плотность фермионов Дирака, ^20,21 сильное спиновое расщепление, ²⁰ и настраиваемые магнитные поля Дирака и Вейль констатирует. ²³ Эти объекты вместе с возможностью получения атомарно тонких кристаллов сделать это семейство материалов — универсальная платформа для исследования экзотических явления релятивистских фермионов в наноструктурах. В этой работе, используя подавленные объемные вклады в расслоенных Чешуйки ZrSiSe, мы успешно исследовали перенос поверхности плавающая полоса. В отличие от топологических нетривиальных поверхностных состояний в многие другие полуметаллы с топологическими узловыми точками, такие как плавающая поверхность полоса топологически тривиальна ⁴ но удивительно проявляет квантовые колебания с высокой подвижностью, что обычно не ожидал.Устойчивость состояния поверхности, продемонстрированная как из наших измерений переноса и теории функционала плотности (DFT) расчеты, проложить путь для приложений, связанных с поверхностью, в квантовые вычисления и спинтроника.

Кристаллическая структура и микроскопия ZrSiSe характеристики. а) Кристаллическая структура ZrSiSe, показывающая Se – Zr – Si – Zr-Se плиты и плоскость спайности (красная стрелка). (б) Изображение с оптического микроскопа наночастицы ZrSiSe 28,2 нм на пластине Si / SiO ₂ получено за счет микромеханического отшелушивания.Вставка: атомно-силовой микроскоп. изображение устройства бара Холла. (c, d) Кольцевое темное поле с атомным разрешением. (ADF) сканирующая просвечивающая электронная микроскопия с коррекцией аберраций (STEM) изображения (в) объема вдоль зоны [100] и (г) расслоенного ZrSiSe отслаивается вдоль зоны [110]. На вставке в c: зона [100] (поперечное сечение). изображение хорошо сочетается с кристаллической структурой.

а показывает кристаллическая структура ZrSiSe, которую можно рассматривать как укладку плит Se – Zr – Si – Zr – Se. Слабый межлабораторный лабиринт прочность связывания позволяет механическому расслаиванию ZrSiSe до атомарно тонкие слои, ²¹ , как показано в б.Атомный разрешение изображения с помощью растрового просвечивающего электронного микроскопа (STEM) расслоенных хлопьев показывает хорошую кристалличность для внутренней части (с) с неглубокие слои аморфного окисления (∼5 нм) сверху и снизу поверхность (d и рисунок S1). Укладка Zr, Si, и атомы Se точно соответствуют ожидаемой структуре решетки ZrSiSe (в, врезка).

Устройства ZrSiSe (б, вставка) изготавливаются стандартным электронным пучком. литография. При приложении магнитного поля перпендикулярно к поверхность образца (т.е.е. вдоль оси c ) наблюдались четкие осцилляции Шубникова-де Гааза (ШдГ) в магнитосопротивлении (МС) для всех тонких чешуек ZrSiSe различной толщины при низких температурах (см. рисунок S3). Удивительно, но колебательный компоненты продольного сопротивления Δ ρ _xx , полученные вычитанием фона, демонстрируют разные сигнатуры между очень толстыми и тонкими хлопьями. В a мы представляем Δ ρ _xx для типичные толстые (176 нм) и тонкие (28.2 нм) образцов. Для более толстого образца (176 нм), диаграмма колебаний содержит только одну частоту из F _B = 210 T, как показал быстрый Анализ преобразования Фурье (БПФ) (a, вставка), который согласуется с наблюдением в монокристаллах. ²¹ Напротив, диаграмма колебаний более тонкого образца (28,2 нм) отклоняется от «объемное» поведение (а) с дополнительной частотой, возникающей около F _S = 445 T (a, вставка).Хотя F _S кажется близким к 2 × F _B , его не следует рассматривать как гармоническую частоту F _B из-за их отчетливой угловой зависимости, как и будет показано позже. Такая удивительная, дополнительная частотная составляющая воспроизводится для всех тонких чешуек ниже 60 нм (см. рисунки S4 и S5). Стоит отметить, что несколько частот в квантовых колебаниях в объеме кристаллы WHM имеют было обнаружено, ^{20,21,30,32-34} но наше наблюдение Появление новой частоты при уменьшении толщины уникально.

Зависит от толщины Колебания ШдГ. (а) Колебательные компоненты Δ ρ _xx толщиной (176 нм) и тонкие (28,2 нм) образцы ZrSiSe с нормальным магнитным полем. к поверхности образца. На вставке быстрое преобразование Фурье соответствующего модели колебаний. БПФ для образца 28,2 нм нормализовано. с образцом 176 нм согласно F _B для ясности. Для тонкого образца появляется дополнительная частота F _S = 445 Тл.(б) Зависимость от толщины относительной амплитуды БПФ (FFTA) между полосами F _S и F _B . Синий и красный сплошные точки основаны на продольном и поперечном сопротивлении анализ соответственно. На вставке соответствующие спектры БПФ для разных толщины, нормированные на образец 176 нм в соответствии с пиком F _B , и только первый образец 33,9 нм включены для ясности, другой анализ БПФ можно найти во вспомогательной информации.(в) Расчетная Ферми сечение поверхности при k _z = 0 трехслойного ZrSiSe. Карман Ферми на поверхности обозначен в красном. (d) Расчетная дисперсия энергетических зон трехслойной плиты. ZrSiSe вблизи X. Красным цветом обозначен вклад поверхности штат.

В принципе, квантовое колебание паттерн с определенной частотой соответствует экстремальному сечению поверхности Ферми. Следовательно, дополнительная частота в тонких образцах указывает на то, что дополнительная электронная группа начинает играть существенную роль только в транспорте в образцах с уменьшенной толщиной.Модификация ленточной структуры из-за двумерного квантового ограничения широко наблюдается в двумерных материалах достижение предела монослоя. Однако маловероятно, что квантовый ограничение вступает в силу при толщине ∼60 нм, где компонент F _S уже становится видимым (b). Вместо этого необычная частота скорее всего проявление новой поверхности состояние благодаря нескольким характеристикам. Прежде всего, вес сигнала полосы F _S в транспортных измерениях растет с уменьшением толщины образца.Как показано на b, относительное соотношение между пиковые амплитуды БПФ F _S и F _B значительно возрастают, когда толщина чешуек уменьшается, что указывает на увеличенный вес компонента F _S в более тонких образцах. Этот результат хорошо согласуется с поверхностным началом полосы F _S и является естественным следствием повышенного отношения поверхности к объему с уменьшением толщины, что также наблюдалось в Cd ₃ As ₂ . ¹³

Кроме того, 2D-характер полосы F _S находится в линия с состоянием поверхности. Как показано на a, для типичного образца с средней толщины около 36 нм осцилляция ШдГ ослабевает при магнитное поле повернуто от перпендикулярного направления (θ = 0 °), что согласуется с наблюдениями в целом ZrSiSe ²¹ и другие соединения WHM . ^30,33,35 Однако, как показано на b, угловые зависимости F _B и F _S , полученные из БПФ, полностью разные: F _S значительно различается в зависимости от θ, который отличается от очень слабой угловой зависимости F _B и указывает на то, что это не гармоника второго порядка из F _B .Такие угловые зависимости для F _B и F _S весьма высоки. воспроизводимость с образцами различной толщины (Рисунок S5). Чтобы лучше проиллюстрировать угловые зависимости обе частоты в различных выборках, мы суммировали данные в полярный график, показанный в c. F _B (синий) кажется почти θ-независимый до θ = 45 °, в соответствии с предыдущие исследования на объемных образцах. ²¹ дюйм для контраста, F _S при различных значениях θ из разных образцов хорошо выровнены по вертикальной линии (красная пунктирная линии) на полярном графике, т.е.е., демонстрируя зависимость 1 / cos θ. Такая зависимость 1 / cos θ предполагает двумерный характер полосы F _S , ожидаемый для состояния поверхности. ¹³

Угловые колебания ШдГ. (а) Угловой зависимости колебательный компоненты Δρ _xy из 36 нм ZrSiSe при T = 0,6 К. На вставке: измерение настраивать. (b) Показано быстрое преобразование Фурье колебательной картины ШдГ. на панели a, с диапазоном поля 1/ B от 0,0318 до 0.1 Т ^–1 . Примечание: спектры 30 и 45 ° имеют были умножены в 3 и 5 раз соответственно. (c) Полярный график угловая зависимость объемной частоты F _B (синий) и поверхностной частоты F _S (красный) от всех измеряемых устройств (схемы колебаний и их БПФ см. на рисунках S4 и S5). Штриховая прямая линия (красная) показывает зависимость 1 / cos θ для F _S .

Кроме того, договор частота колебаний с нашим Расчеты DFT и предыдущие наблюдения ARPES ^36,37 обеспечивают дополнительную поддержку происхождения поверхности F _S .Согласно соотношению Онзагера ( F = A / 2πe) наблюдаемая частота F _S при θ = 0 ° соответствует фермиевской частоте. площадь поперечного сечения поверхности A 4,25 нм ^–2 , что хорошо совпадает с площадью поверхности эллипсообразной поверхности, полученной электронный карман вокруг точки X зоны Бриллюэна, оцененный в нашем Расчеты DFT (∼4.32 нм ^–2 , c), а также в эксперименте ARPES (∼4.58 нм ^–2 , оценка из работы (36).). Данный другого кармана Ферми сопоставимого размера не найти наши вычисления DFT или отчеты ARPES, ^36,37 частота F _S , скорее всего, отражает такой электрон карман состояния, связанного с поверхностью, предполагаемого в соединениях WHM . ⁴

Теперь обсудим механизм образования такой поверхностной полосы. Обычно, ожидается, что поверхностное состояние будет сформировано в результате прекращения объемного потенциала или поверхностных дефектов / адсорбатов в обычных материалы.Эту возможность легко исключить, поскольку квантовая колебания, основанные на формировании полных циклотронных орбит и высокая подвижность (т.е. резкие уровни Ландау), как правило, не ожидаются для «грязных» материалов. Указанные дефекты или адсорбаты центры сильного рассеяния, квантовые колебания от поверхностного состояния часто легко разрушается в обычных материалах. Однако в ZrSiSe, F _S и его угловая зависимость в тонких чешуйках выдающиеся и хорошо воспроизводимые, даже со значительными аморфными поверхностные слои, наблюдаемые STEM (d).Такие наблюдения явно противоречивы. внешнего происхождения, например, деградация поверхности, непреднамеренная легирование и деформационный эффект.

Кроме того, в типичной узловой точке топологических полуметалл с изолированными объемными точками Дирака или Вейля, объем-граница принцип соответствия приводит к бесщелевому режиму на краю, когда группа симметрии, защищающая топологию объемных зон, не нарушена на краю. ³ Однако эта возможность также можно исключить. ZrSiSe и родственные соединения WHM демонстрируют сосуществование узловых и узловых состояний Дирака защищен различными симметриями, ^16,17,26 , но ни одна из них не должна приводить к топологическому состояние поверхности.В соединениях WHM , топологическая поверхность состояния, происходящие из индуцированных инверсией зон состояний типа Вейля ³⁸ и других бесщелевых состояний Дирака ³⁹ . Однако состояние топологической поверхности возникающая из пропускной полосы узловых линий, не была обнаруживается либо в расчетах из первых принципов ¹⁷ , либо в экспериментах ARPES. ^16,18,36 Аналогично, состояние топологической поверхности, относящееся к узловое точечное состояние Дирака, возникающее из соответствия объемной границы принципа не ожидается, так как соответствующая несимморфная симметрия не сохраняется в плоскости (001) кристалла. ³

После исключения возможности химического состава поверхности и объем-граница соответствия, мы утверждаем, что эта прочная поверхностная полоса F _S , обнаруженная в наших экспериментах по квантовым осцилляциям, представляет собой недавно предложенные новые состояния плавающей поверхности, полученные из понижение поверхностной симметрии в несимморфных полуметаллах. ⁴ Topp et al. показали, что объемная симметрия ZrSiS с несимморфной пространственной группой P 4/ нм редуцируется до симморфной группы обоев P 4 мм на поверхности естественного скола (001).Такие несимморфные снижение симметрии значительно деформирует орбиталь, которая поднимает вырождение объемных зон в точке X зоны Бриллюэна и, следовательно, вызывает плавание незакрепленной поверхностной ленты поверх основной ленты. ⁴ Такое предлагаемое состояние плавающей поверхности количественно в соответствии с ARPES-наблюдениями кармана Ферми с 2D характер в X. ^4,16 Изоструктурное соединение ZrSiSe изученный в этой работе, также показывает электронный карман в точке X с аналогичные состояния поверхности, как показали наши расчеты методом DFT (см. c, d и дополнительное примечание 1).

Свойства полоса F _S обеспечивает дальнейшая поддержка этого аргумента. Поверхностная плавающая лента образуется снятием вырождения объемной зоны и, таким образом, является топологическим тривиальный, ⁴ , который может быть обнаружен Ягодный фазовый анализ. Мы разделили компоненты колебаний F _B и F _S . и извлек фазу Берри для обеих полос с помощью веера Ландау. диаграмма (см. Методы). Как показано на рисунке а, для чешуек ZrSiSe с диапазоном толщины линейная аппроксимация индексов Ландау n выход пересекает n ₀ вокруг 0 и -0.5 для диапазонов F _S и F _B соответственно. Фаза ягоды ϕ _B может быть получена через 2π ( n ₀ + δ), где δ = ± 1/8 для трехмерной полосы (например, объемной полосы F _B ) и 0 для двумерной полосы (например, поверхностной полосы F _S ). Как показано на б, фаза Берри тривиальна (ϕ _B ^{поверхность} ≈ 0) для поверхностной полосы F _S в каждом образце, что резко контрастирует с полосой основная полоса F _B , которая демонстрирует средний Ягодная фаза ϕ _B ^Объем ≈ −0.68π ± 1/4 π. Этот результат дополнительно подтверждается непосредственно подгонка формы колебаний с помощью многополосного Лифшица-Косевича модель (см. вспомогательную информацию), что подтверждает четкую топологию балка и плавающей поверхности. полосы в ZrSiSe.

Сравнение свойств объемных и поверхностных полос. а) Ландау Диаграмма уровня (LL) веера для объема F _B и поверхности F _S состояний четырех ZrSiSe наноустройства толщиной 28.2, 33,9, 36 и 46,2 нм. Твердый линии представляют собой линейные аппроксимации индексов Ландау, которые пересекают около 0 для поверхностной полосы и -0,34 для объемной полосы. Врезка, увеличенный вид, показывающий различные точки пересечения для поверхности и массивов. (b) Фазы Берри, полученные из веерной диаграммы LL, показанной на (a) для образцы разной толщины. (в) Температурная зависимость амплитуда БПФ для объемных и поверхностных полос для тех же четырех выборок на панели а. Сплошные линии указывают на соответствие термическому демпфированию. срок ЛК-модели.(г) Эффективные массы для объемного и поверхностного состояний полученный из фитинга, показанного на панели c. (e) Схематическое изображение многоканальные вклады в эффект Холла. Здесь объемный е-, объемный h + и поверхностный e- обозначают вклады объемных электронов, объемные дырочный и поверхностный электрон соответственно. (f) Зависит от толщины продольная проводимость и коэффициент Холла. Сплошные линии показывают подходит для трехканальной модели (см. вспомогательную информацию).

Кроме того, эффективный циклотронная масса полосы F _S также согласуется со сценарием всплытия поверхности группа.Формирование плавающей полосы на поверхности нашего материала. может быть смоделирована нарушением несимморфной симметрии плоскости скольжения и вводя большую массу для орбиталей S и Zr, ⁴ , поэтому ожидается, что такое состояние поверхности будет более массивным, что действительно наблюдается в ZrSiSe. Мы извлекли эффективные массы для как объемная F _B , так и поверхностная F _S полосы из температурной зависимости амплитуды БПФ для образцов ZrSiSe различной толщины (см. Методы) (в).Как показано на рисунке d, эффективная циклотронная масса поверхностного плавающего полоса м _S * составляет около 0,39 м ₀ ( м ₀ обозначает свободный электрон масса) для всех проанализированных образцов, что примерно в два раза больше, чем объемного пояса ( м _B * ∼ 0,19 м ₀ ).

Вышеупомянутые обсуждения установили что дополнительный компонент F _S наблюдал в квантовом колебании наночастиц ZrSiSe происходит из поверхностной плавающей полосы.В наблюдение квантовых колебаний, вызванных такими топологическими тривиальными состояние поверхности необычно из-за отсутствия механизма защиты обычно ожидается, что это приведет к уязвимому состоянию поверхности с низким подвижность, не благоприятствующая квантовым колебаниям. Несмотря на При видимой деградации поверхности (d и рисунок S1) LK-подгонка (см. вспомогательную информацию) выявила высокую квантовую подвижность 1,20 × 10 ³ см ² V ^–1 s ^–1 при 1.7 K для топологически тривиальной поверхности F _S , что сравнимо с топологически защищенным массивом полоса (1,74 × 10 ³ см ² V ^–1 s ^–1 ). Высокая квантовая подвижность поверхности полоса соответствует транспортной подвижности 1,84 × 10 ³ см ² V ^–1 с ^–1 , оцененной на основе многоканальной модели эффекта Холла (e, f) (см. дополнительную информацию). Из этого результата следует минимизированное поверхностное рассеяние носителей заряда, вызванное поверхностью деформация или нарушения.Действительно, это согласуется с нашими наблюдениями STEM. в d, который показывает атомарно резкую границу раздела между окисленными аморфными слой и внутренний кристаллический слой. Образование таких аморфных слой также объясняет, почему наблюдения ARPES сильно различаются в зависимости от методы пробоподготовки. Поскольку ARPES — чрезвычайно поверхностный чувствительный метод, так что любое окисление или деградация самого верхнего слой может существенно повлиять на спектры, как это наблюдалось в исх. ⁴⁰ Однако надводная плавающая полоса возникает из-за нарушения симметрии на поверхности, так что он может существует даже при наличии поверхностного окисления.Как обсуждалось в дополнительном примечании 2, поверхностная полоса все еще остается сохраняется даже при замене всех атомов Se на самой верхней поверхности с [OH] или [O ₄ ]. Поэтому в наших образцах такая поверхность состояние может возникать на границе раздела между внутренним кристаллическим слоем и внешний аморфный слой, в котором нарушена объемная симметрия, и проявляются в квантовых колебаниях в тонких хлопьях. Надежность Сама по себе полоса на поверхности является неожиданной, и ей может пригодиться своего рода механизма защиты, заслуживающего дальнейшего изучения.Один возможной интерпретацией может быть связь с объемной топологической полоса: с учетом поверхностной плавающей полосы для несимморфного ZrSiSe вызванный снятием вырождения объемной полосы на поверхности, он мог быть устойчивым, если соответствующая объемная полоса топологически защищена. В ZrSiSe поверхностная плавающая полоса связана с объемной дираковской полоса, защищенная несимморфной симметрией. Следовательно, «косвенно» защищенные поверхностные полосы с тривиальной топологией могли появиться в ZrSiSe, который представляет собой новый механизм защиты в кристаллическом твердом теле с подобной несимморфной симметрией.

Таким образом, мы систематически изучал квантовые колебания расслоенных нанофластов ZrSiSe и успешно обнаружил новые 2D, тривиальное состояние поверхности, которое можно отнести к плавающей поверхности состояние, вызванное понижением симметрии на поверхности. Наши результаты также предполагаю, что такая поверхность тривиальна, но прочна и, вероятно, защищена через новый механизм. Наши результаты открывают новую арену для исследования. экзотических поверхностных состояний в топологических квантовых материалах, важный шаг к практическому применению в современной электронике и устройства, связанные с поверхностью, такие как квантовые вычисления и спинтроника.

Плавающие частицы с высокой концентрацией меди в микрослое морской поверхности

Environ Sci Pollut Res Int . 2021 4 мая. DOI: 10.1007 / s11356-021-14187-9. Интернет впереди печати.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Исследовательский центр внутренних морей, Университет Кобе, Фукаэминами 5-1-1 Хигасинада, Кобе, 658-0022, Япония[email protected].
• ² Высшая школа морских наук, Университет Кобе, Фукаэминами 5-1-1 Хигасинада, Кобе, 658-0022, Япония. [email protected].
• ³ Высшая школа морских наук, Университет Кобе, Фукаэминами 5-1-1 Хигасинада, Кобе, 658-0022, Япония.
• ⁴ Отделение биологии, факультет естественных наук, Universiti Putra Malaysia, 43400 UPM, Серданг, Селангор, Малайзия.
• ⁵ Школа пространственного планирования и развития, Университет Аристотеля в Салониках, 54124, Салоники, Греция.

Элемент в буфере обмена

Хидео Окамура и др. Environ Sci Pollut Res Int. 2021 .

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Environ Sci Pollut Res Int . 2021 4 мая. DOI: 10.1007 / s11356-021-14187-9.Интернет впереди печати.

Принадлежности

• ¹ Исследовательский центр внутренних морей, Университет Кобе, Фукаэминами 5-1-1 Хигасинада, Кобе, 658-0022, Япония. [email protected].
• ² Высшая школа морских наук, Университет Кобе, Фукаэминами 5-1-1 Хигасинада, Кобе, 658-0022, Япония[email protected].
• ³ Высшая школа морских наук, Университет Кобе, Фукаэминами 5-1-1 Хигасинада, Кобе, 658-0022, Япония.
• ⁴ Отделение биологии, факультет естественных наук, Universiti Putra Malaysia, 43400 UPM, Серданг, Селангор, Малайзия.
• ⁵ Школа пространственного планирования и развития, Университет Аристотеля в Салониках, 54124, Салоники, Греция.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Это исследование было направлено на то, чтобы выяснить, присутствуют ли взвешенные частицы, содержащие высокие концентрации Cu, в микрослое морской поверхности (S-SML).По этой причине взвешенные частицы (10-2000 мкм) в S-SML периодически собирались из пруда для швартовки судов в течение 2018-2020 годов, а концентрация растворимой в кислоте Cu во взвешенных частицах измерялась в виде твердых частиц Cu (P-Cu ). Наивысшая концентрация P-Cu в S-SML пруда составляла 75 мкг л ^-1 со значением 90-го процентиля 2,5 мкг л ^-1 . Это ниже значений P-Cu, сообщенных для S-SML в портах Северной Америки, но в 140 раз выше, чем в морской воде в Атлантическом океане.Наивысшая концентрация P-Cu в S-SML неорганического (абиотического) происхождения составляла 17 мкг L ^-1 , а соотношение абиотического P-Cu к P-Cu варьировалось от 0,2 до 100%, вероятно, в зависимости от качество и количество биогенного материала в образцах S-SML. Предполагается, что исследованные здесь частицы S-SML содержат высокие концентрации Cu, происходящие от судовых необрастающих красок.

Ключевые слова: Противообрастающие агенты; Медь; Твердые частицы; Поверхностный микрослой; Взвешенное вещество.

© 2021. Автор (ы) по исключительной лицензии Springer-Verlag GmbH Germany, входящей в состав Springer Nature.

Похожие статьи

• Вариации состава органических веществ в микрослоях морской поверхности: сравнение участков открытого океана, прибрежных районов и участков апвеллинга у побережья Перу.

  Зенкер Б., Брахер А., Рёттгерс Р., Энгель А.Zäncker B, et al. Front Microbiol. 2017 7 декабря; 8: 2369. DOI: 10.3389 / fmicb.2017.02369. Электронная коллекция 2017. Front Microbiol. 2017 г. PMID: 29375483 Бесплатная статья PMC.

• Экспресс-метод оценки накопления микропластика в микропластике морской поверхности (SML) эстуарных систем.

  Андерсон З.Т., Канди А.Б., Краудас И.В., Варвик П.Е., Селис-Эрнандес О., Стед Дж.Л.Андерсон З. Т. и др. Sci Rep.2018, 21 июня; 8 (1): 9428. DOI: 10.1038 / s41598-018-27612-w. Научный представитель 2018. PMID: 29930338 Бесплатная статья PMC.

• Сезонные вариации микрослоя морской поверхности на станции Boknis Eck Times Series (Балтийское море).

  Дрещинский А, Энгель А. Дрещинский А, и др. J Plankton Res. 2017 ноя; 39 (6): 943-961. DOI: 10.1093 / планкт / fbx055. Epub 2017 4 октября. J Plankton Res. 2017 г. PMID: 29731528 Бесплатная статья PMC.

• Глюкоза как потенциальный химический маркер активности образования зародышей льда в пробах арктической морской воды и плавильных прудов.

  Зеппенфельд С., ван Пинкстерен М., Хартманн М., Брахер А., Стратманн Ф., Херрманн Х. Zeppenfeld S, et al. Environ Sci Technol. 6 августа 2019 г .; 53 (15): 8747-8756.DOI: 10.1021 / acs.est.9b01469. Epub 2019 11 июля. Environ Sci Technol. 2019. PMID: 31248257

• Обзор загрязнителей в микрослое морской поверхности (SML): уникальной среде обитания морских организмов.

  Wurl O, Obbard JP. Wurl O, et al. Mar Pollut Bull. 2004 июн; 48 (11-12): 1016-30. DOI: 10.1016 / j.marpolbul.2004.03.016. Mar Pollut Bull. 2004 г. PMID: 15172807 Обзор.

использованная литература

1. 1. Аджит Н., Арумугам С., Партасарати С., Манупури Дж. С. (2020) Глобальное распространение микропластиков и его влияние на морскую среду — обзор. Environ Sci Pollut Res 27: 25970–25986 — DOI
2. 1. Alonso-Hernandez CM, Mesa-Albernas M, Tolosa I (2014) Хлорорганические пестициды (ХХП) и полихлорированные бифенилы (ПХБ) в отложениях из залива Батабано, Куба.Химия 94: 36–41 — DOI
3. 1. Комитет по биоцидным продуктам (2014) Заключение по заявке на одобрение активного вещества: пиритион меди Тип продукта: 21. ECHA / BPC / 029/2014
4. 1. Брюгманн Л., Бернард П.К., ван Грикен Р. (1992) Геохимия взвешенных веществ в Балтийском море.2.Результаты массового анализа следов металлов методом ААС. Mar Chem 38 (3-4): 303–323. — DOI
5. 1. Cross JN, Hardy JT, Hose JE, Hershelman GP, ​​Antrim LD, Gossett RW, Crecelius EA (1987) Концентрации загрязняющих веществ и токсичность микрослоя морской поверхности вблизи Лос-Анджелеса, Калифорния.Mar Environ Res 23 (4): 307–323 — DOI

Показать все 29 ссылок

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Источники полного текста

• Другие источники литературы

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Подземные воды | Информация о воде Земли

Содержание страницы Кимберли Маллен, CPG

Распределение воды на Земле

Земля известна как «Голубая планета», потому что 71 процент поверхности Земли покрыт водой.Вода также существует под земной поверхностью и в виде водяного пара в воздухе. Вода — конечный источник. Вода в бутылках, потребляемая сегодня, может быть той же водой, которая когда-то текла по спине шерстистого мамонта. Земля — ​​замкнутая система, а это означает, что очень небольшое количество вещества, включая воду, когда-либо покидает или входит в атмосферу; вода, которая была здесь миллиарды лет назад, все еще здесь сейчас же. Но Земля очищает и пополняет запасы воды через гидрологический цикл.

На Земле много воды, но, к сожалению, лишь небольшой процент (около 0.3 процента), может использоваться даже людьми. Остальные 99,7% находятся в океанах, почвах, ледяных шапках и плавают в атмосфере. Тем не менее, большая часть из 0,3%, которые можно использовать недостижимо. Большая часть воды, используемой людьми, поступает из рек. Видимые водоемы называются поверхностными водами. Большая часть пресной воды фактически находится под землей в виде почвенной влаги и в водоносных горизонтах. Подземные воды могут подпитывать ручьи, поэтому река может продолжать течь даже в отсутствие осадков.Люди могут использовать как грунтовые, так и поверхностные воды.

Распределение воды на Земле

• Вода в океане: 97,2 процента
• Ледники и другой лед: 2,15 процента
• Подземные воды: 0,61 процента
• Пресноводные озера: 0,009 процента
• Внутренние моря: 0,008 процента
• Почва Влажность: 0,005%
• Атмосфера: 0,001%
• Реки: 0,0001%.

(Ссылка: http: //ga.water.usgs.gov / edu / earthwherewater.html)

(Источник: Nace, USGS, 1967 и The Hydrologic Cycle (Pamphlet), USGS, 1984)

Поверхностные воды намного легче достижимы, поэтому они становятся наиболее распространенным источником питьевой воды. Люди используют около 321 миллиарда галлонов поверхностных вод в день. Ежедневно используется около 77 миллиардов галлонов грунтовых вод. Также существуют проблемы с загрязнением водоснабжения. Это еще больше ограничивает количество воды, доступной для потребления человеком.Вода встречается во многих разных формах и во многих разных местах. Хотя количество воды, которое существует, кажется, изобилие, доступность вода для потребления человеком ограничена.

Поверхностные воды

Поверхностные воды можно описать просто как воду, которая находится на поверхности Земли. Сюда входят океаны, реки и ручьи, озера и водохранилища. Поверхностные воды очень важны. Они составляют примерно 80 процентов используемой воды. ежедневно.В 1990 году одни только Соединенные Штаты использовали приблизительно 327 000 миллиардов галлонов поверхностной воды в день. Поверхностные воды составляют большую часть воды, используемой для коммунального водоснабжения и орошения. Он играет меньшую роль в майнинге и животноводство. Океаны, являющиеся крупнейшим источником поверхностных вод, составляют примерно 97 процентов поверхностных вод Земли. Однако, поскольку океаны имеют высокую соленость, вода не пригодна для питья. Усилия был сделан для удаления соли из воды (опреснение), но это очень дорогостоящее мероприятие.Соленая вода используется в процессе добычи полезных ископаемых, в промышленности и в производстве электроэнергии. Океаны также играют жизненно важную роль в гидрологическом цикле, регулируя глобальный климат и обеспечение среды обитания для тысяч морских видов.

Реки и ручьи представляют собой текущие поверхностные воды. Сила тяжести естественным образом притягивает воду с большей высоты на меньшую. Реки получают воду из двух источников: грунтовые воды и сток. Реки могут получать воду из грунт, если они врезаются в грунт, то есть участок, в котором грунт пропитан водой.Это называется базовым потоком в ручье. Сток течет вниз, сначала в виде небольших ручьев, затем постепенно сливаясь с другими ручьями и ручьями, увеличиваясь. размером, пока не сформируется река. Эти небольшие ручьи или притоки, в которых начинается река, известны как истоки. Источники из замкнутых водоносных горизонтов также могут вносить свой вклад в реки.

Река рано или поздно впадает в океан. Длину реки определить сложно, особенно если у нее много притоков. На веб-сайте USGS длина реки определяется как «расстояние до точки истока от первоначального истока, где имя определяет полную длину.»Для того, чтобы вода текла, у реки должна быть улучшенная земля, то есть земля, которая находится на более высоком уровне, чем река. Земля, которая улучшается по сравнению с любой точкой на реке, известна как дренаж бассейн или водораздел. Гряды возвышенностей, такие как Континентальный водораздел, разделяют два водосборных бассейна. Текущая вода чрезвычайно мощна и играет важную роль в создании ландшафта и в жизни людей. Проточная вода используется для многих причины, включая орошение и производство гидроэлектроэнергии.Реки разрушают ландшафт и изменяют топографию Земли, вырезая каньоны и перемещая почву и наносы, создавая плодородные равнины. Реки несут почву и отложения, которые были смыты в реку во время дождя или таяния снега. Чем быстрее движется вода, тем больший размер частиц может нести река. Геологическая служба США измеряет количество наносов, переносимых рекой, путем измерения стока или количества наносов. воды, протекающей мимо данного участка; и концентрация осадка.Осадки в реке могут быть полезными и вредными. Осадки, отложенные на берегах и в пойме, создают прекрасные сельскохозяйственные угодья. Однако осадок может навредить и даже разрушить плотины, водохранилища и жизнь в ручье. Кроме того, во время паводков эти отложения могут оставаться в нежелательных местах в виде липкой вонючей грязи.

Измерение расхода воды осуществляется путем определения стадии потока и расхода потока. Уровень потока, или точка отсчета, — это высота поверхности воды в футах над произвольной контрольной точкой.Расход потока — это измерение количество воды, протекающей в определенный момент времени. Он измеряется в кубических футах в секунду. Измерение расхода определяет количество воды, протекающей в реке на любой стадии течения. Чтобы произвести это измерение, ширина реки, а также глубина и скорость воды в различных точках должны быть измерены на нескольких разных стадиях течения. Поперечный разрез реки делится на интервалы и вычисляется площадь каждого интервала.Если бы скорость была измеряется на разных глубинах на одном и том же вертикальном интервале, затем скорость усредняется. Чтобы определить расход за интервал, площадь умножается на скорость. Чтобы найти расход всего ручья, нужно усреднить все интервалы. разряды рассчитываются. Важно проводить измерения расхода воды на разных стадиях водотока, даже на стадии паводка.

Река достигает стадии паводка, когда река выходит из берегов. Стадия паводка может быть определена путем измерения уровня воды в ручье или просто высоты воды в ручье, измеренной от дна реки.Поток реки может увеличиваться в геометрической прогрессии. по мере увеличения габаритной высоты. Таким образом, небольшое увеличение высоты колеи может указывать на то, что река достигла стадии разлива. Наводнения — довольно частое, но опасное стихийное бедствие.

Обычно они возникают из-за того, что шторм или быстрое таяние снега произвело больше стока, чем может унести ручей. Обрушение плотин, оползни, перекрывающие русла ручьев, и приливы — некоторые другие причины наводнений. Погодные условия могут сильно повлиять на то, когда и где произойдет затопление.Изучая эти закономерности, геологи могут определить подверженность региона наводнениям в определенное время года. Период повторяемости, измеряемый годами, описывает величину наводнения. Изменения в водосборном бассейне, например, при заготовке древесины или при строительстве жилых домов, может изменить силу наводнения. Обычно сухая земля, которая покрывается водой во время наводнения, известна как пойма. Ограничения на использование земель в поймах рек регулируется пойменным зонированием.Были построены дамбы и дамбы, чтобы уменьшить ущерб, причиненный наводнениями.

Когда текущая вода достигает участка земли, который полностью окружен возвышенностями, образуется озеро. Вода не задерживается в этой низкой области, она просто уходит медленнее, чем скорость поступающей воды. Озера могут сильно различаться по площадь, глубина и тип воды. Большинство озер пресноводны, однако некоторые, например, Большое Соленое озеро и Мертвое море, имеют соленую воду. Вопреки распространенному мнению, водоем — это не то же самое, что озеро.Водохранилище — это искусственное озеро, созданное рекой. быть запруженным. Вода в водоеме движется очень медленно по сравнению с рекой. Таким образом, большая часть наносов, которые несет река, оседает на дно водохранилища. В конечном итоге резервуар заполнится осадком и грязью. и пришли в негодность.

Круговорот воды

Гидрологический цикл или круговорот воды — это графическое представление того, как вода циркулирует в окружающей среде. Молекулы воды остаются постоянными, хотя они могут меняться между твердой, жидкой и газовой формами.Капли воды в океане испаряются, что это процесс превращения жидкой воды в водяной пар. Испарение может происходить с поверхности воды, земли и снежных полей в воздух в виде водяного пара. Влага в воздухе может конденсироваться, что является процессом превращения водяного пара в воздухе. в жидкую воду. Капли воды на внешней стороне стакана с холодной водой представляют собой конденсированную воду. Конденсация — это процесс, противоположный испарению. Водяной пар конденсируется на крошечных частицах пыли, дыма и кристаллах соли, становясь частью облака.После некоторое время капли воды соединяются с другими каплями и падают на Землю в виде осадков (дождь, снег, град, мокрый снег, роса и иней). После того, как осадки выпали на Землю, они могут перейти в водоносный горизонт в виде грунтовых вод или капель. может оставаться над землей в виде поверхностных вод. Гидрологический цикл — важное понятие для понимания. Вода имеет множество применений на Земле, например, для потребления людьми и животными, для производства энергии, а также для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Осадки — в форма дождя и снега — тоже важно понимать.Это основной путь, по которому вода в небе спускается на Землю, где она наполняет озера и реки, подпитывает подземные водоносные горизонты и дает напитки растениям и растениям. животные. Разное количество осадков выпадает на разных участках Земли с разной скоростью и в разное время года.

Одной из проблем круговорота воды на Земле является загрязнение воды. Химические вещества, которые часто попадают в воду, удалить очень сложно, если вообще возможно. Одним из потенциальных источников загрязнения воды является сток, то есть наземный сток воды.Хотя осадки вызывают сток, удаление растительности с земли может увеличить сток в определенной области. Осадки и почва с этих мест, не говоря уже о любых пестицидах или удобрениях, смываются в ручьи, океаны и озера. Что происходит с дождем после его выпадения, зависит от многих факторов, таких как интенсивность и продолжительность дождя, топография земли, почвенные условия, степень урбанизации и густота растительности. Распространенное заблуждение о дожде, что он имеет форму слезы, когда на самом деле он больше похож на булочку для гамбургера.Капли дождя также бывают разных размеров из-за первоначальной разницы в размере частиц и разной скорости слияния.

Ледники и ледяные шапки

Ледники и ледяные шапки считаются хранилищами пресной воды. Они покрывают 10 процентов суши в мире. Эти ледники в основном расположены в Гренландии и Антарктиде. Ледники Гренландии покрывают почти всю сушу. Ледники начинают формироваться из-за скопления снега. Когда снегопад превышает скорость таяния в определенной области, начинают образовываться ледники.Это таяние происходит летом. Вес накапливающегося снега сжимает снег, образуя лед. Потому что эти ледники настолько тяжелые, что могут медленно спускаться с холмов.

Ледники влияют на топографию суши в некоторых областях. Древние ледники образовывали озера и долины. Примером тому служат Великие озера. Длина ледников варьируется от размеров футбольного поля до сотен миль. Они также могут достигают толщины до 2 миль. Таяние ледников может иметь огромное влияние на уровень моря.По данным Геологической службы США, если бы сегодня все ледники растаяли, уровень моря поднялся бы примерно на 260 футов. Ледники оказали огромное влияние на формирование поверхности Земли и до сих пор ежедневно влияют на топографию.

Подземные воды

Под подземными водами понимаются воды, находящиеся под поверхностью Земли в условиях 100-процентного насыщения (если это насыщение менее 100 процентов, тогда вода считается почвенной влагой). Девяносто восемь процентов имеющихся на Земле свежих вода подземная.Ее примерно в 60 раз больше, чем пресной воды в озерах и ручьях. Вода в земле проходит через поры в почве и скале, а также в трещинах и выветрившихся участках коренных пород. Количество порового пространства, присутствующего в камень и почва известны как пористость. Способность преодолевать породу или почву называется проницаемостью. Измерения проницаемости и пористости в породе и / или почве могут определить количество воды, которая может протекать через эту конкретную среду. «Высокая» проницаемость и пористость означает, что вода может перемещаться быстро.

Подземные воды встречаются в водоносных горизонтах. Водоносный горизонт — это массив водонасыщенных отложений или горных пород, в котором вода может легко перемещаться. Есть два основных типа водоносных горизонтов: безнапорные и замкнутые. Безнапорный водоносный горизонт — это частично или полностью заполненный водоносный горизонт. который выставлен на поверхность земли. Поскольку этот водоносный горизонт находится в контакте с атмосферой, на него воздействуют метеорные воды и любые поверхностные загрязнения. Для защиты этого водоносного горизонта нет непроницаемого слоя. Напротив, ограниченный Водоносный горизонт — это водоносный горизонт, который имеет ограничивающий слой, отделяющий его от поверхности земли.Этот водоносный горизонт заполнен водой под давлением (из-за ограничивающего слоя). Если давление воды достаточно высокое, когда скважина пробурена в ограничивая водоносный горизонт, вода поднимается над поверхностью земли. Это колодец с проточной водой. Давление воды называется гидравлическим напором. Движение или скорость грунтовых вод измеряется в футах (или метрах) в секунду.

В некоторых районах коренная порода имеет низкие уровни проницаемости и пористости, но грунтовые воды все еще могут перемещаться в водоносных горизонтах.Подземные воды могут проходить через трещины в породе или через участки, подверженные выветриванию. Известняк, например, выветривается в растворе, создание подземных полостей и каверн-систем. На поверхности земли эти области известны как «карст». Пустоты в породе, образовавшиеся при переходе известняка в раствор, могут вызвать обрушение поверхности земли. Эти обвалы известны как воронки. Карстовые колодцы часто являются прямым проводником к грунтовым водам и участкам, где загрязнение может легко проникнуть в водоносные горизонты.В местах провалов грунта также может наблюдаться проседание грунта, поскольку происходит массовое истощение в районах с внезапным изменением наклона и контактом с водой. Проседание земли может быть или не быть заметным в некоторых областях, потому что оно выглядит как холмы и долины (из-за очень большого размера). По мере того как подземные воды становятся все более источником питьевой воды, проблема воронок и проседания земли может усугубиться.

Пористость и проницаемость наносов, почвы и коренных пород в этом районе также влияет на скорость пополнения подземных вод.Это означает, что в некоторых районах грунтовые воды могут откачиваться быстрее, чем они могут восполниться. Это создает ряд проблемы. Одна из этих проблем называется «просадка», то есть опускание водоносного горизонта возле насосной скважины. Это может произойти в районах, где скважина качает быстрее, чем подпитывается водоносный горизонт подземных вод. Просадка создает пустоты в коренной породе и может привести к дополнительному проседанию земли или провалам (так как воды больше нет, а пустота не может выдержать вес материала выше и обрушивается).

Поперечный разрез на http://ga.water.usgs.gov/edu/earthgwdecline.html, озаглавленный «Снижение уровня воды», иллюстрирует проблемы с понижением и перекачкой. Потому что грунтовые воды это очень обильный источник пресной воды, он должен быть охраняемым ресурсом. Однако во многих районах грунтовые воды не защищены. Если водоносный горизонт загрязнен химическими веществами или нефтью, его трудно, если не невозможно, очистить. Следовательно, предотвращение заражения имеет первостепенное значение. Карстовые участки представляют собой сложную проблему, потому что все, что пролито на поверхности, быстро и легко попадает в водоносный горизонт.Часто поверхностные воды также находятся в прямом контакте с подземными водами, и в зависимости от того, питает ли поток грунтовые воды (потерянный поток) или грунтовые воды питают поток (набирающий поток), это может создать проблему с загрязнением грунтовых вод.

Существует также проблема вторжения соленой воды (присутствует в прибрежных регионах, таких как Флорида), когда чрезмерное перекачивание грунтовых вод втягивает более плотную соленую воду в водоносный горизонт. Поперечный разрез иллюстрирует проблему проникновения соленой воды на http: // ga.water.usgs.gov/edu/earthgwdecline.html на рисунке «Качество GW». Таким образом, защита грунтовых вод должна быть приоритетной задачей, поскольку население Земли продолжает расти, и питьевая вода становится ценным ресурсом. Защита грунтовых вод также означает защиту поверхностных вод, дождевой воды и всех форм воды, потому что вода продолжает циркулировать и повторно использоваться. Как только вода загрязнена, она трудно исправить.

Заключение

Вода на Земле — конечный источник.Защита воды означает защиту всех форм грунтовых вод, которые можно найти в водоносных горизонтах. вода, найденная на Земле. Вода на поверхности, под землей, в виде пара и в виде осадков. Загрязнение от использования ископаемое топливо может воздействовать на все формы воды (от утечек сырой нефти до кислотных дождей, образующихся при сжигании угля). Кислотный дождь падает на землю и стекает в поверхностные воды, обратно в землю и обратно в воздух. Это может быть бесконечный цикл. По мере того, как загрязнение проникает в круговорот воды, будет затронуто больше воды.Большая часть воды на Земле соленая. Пресная вода была и будет пользоваться спросом и станет очень ценным ресурсом. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить чрезмерного использования источников питьевой воды. Необходимо также позаботиться о защите вод Земли от загрязнения. Вода действительно является ценным ресурсом.

Эффективные плавающие диффузные функции для точной характеристики поверхностно связанных избыточных электронов в кластерных анионах воды

В этой работе показано влияние типов диффузных функций (атомно-центрированные диффузные функции по сравнению с плавающих функций и s-тип по сравнению с диффузных функций p-типа) на структуры и свойства трех типичных анионов кластера воды с поверхностным Связанный избыточный электрон изучается, и мы обнаруживаем, что эффективная комбинация таких двух видов диффузных функций может не только снизить вычислительные затраты, но и, что наиболее важно, значительно повысить точность результатов и даже избежать неправильного предсказания спектров и формы ЭЭ.Наши результаты показывают, что (а) простое увеличение атомно-центрированных диффузных функций полезно для вертикальной конвергенции энергии отрыва, но приводит к очень плохому описанию распределений однократно занятой молекулярной орбитали (SOMO) и низшей незанятой молекулярной орбитали (LUMO). кластерные анионы воды с поверхностно связанным избыточным электроном и, таким образом, значительным красным смещением ультрафиолетового спектра; (б) плавающие диффузные функции на основе призрачных атомов могут не только способствовать точным электронным расчетам основного состояния, но также избежать плохих и даже неправильных описаний SOMO и LUMO, вызванных чрезмерным увеличением диффузных функций, центрированных на атомах; (c) плавающие функции могут быть реализованы призрачными атомами, и их положение может быть определено с помощью процедуры оптимизации в направлении вектора дипольного момента.Кроме того, в базисный набор необходимо добавить плавающие функции s- и p-типа, которые отвечают за основное (характер s-типа) и возбужденное (характер p-типа) состояния поверхностно-связанного избыточного электрона, соответственно. Следует также определить показатели степени диффузных функций, чтобы диффузные функции покрывали основную область распределения избыточных электронов. Обратите внимание, что чрезмерное усиление таких диффузных функций является избыточным и даже может привести к необоснованным характеристикам LUMO.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз? .