Een experiment met de grootste vloot sensoren die ooit in een enkel gebied is ingezet, biedt nieuwe inzichten in hoe afval in zee, of wrak, beweegt op het oppervlak van de oceaan.

Het experiment dat werd uitgevoerd in de Golf van Mexico, nabij de plaats van de olieramp met Deepwater Horizon, plaatste honderden drijvende sensoren om te observeren hoe materiaal op het oceaanoppervlak beweegt. In plaats van zich te verspreiden, zoals de huidige berekeningen zouden voorspellen, velen van hen klonterden samen in een strakke cluster.

De resultaten zijn veelbelovend voor het opruimen van mariene vervuiling en hebben bredere implicaties voor de oceaanwetenschap. De open access paper werd in de week van 16 januari gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Om zwevende objecten te observeren verspreid over een regio ter grootte van een stad, geconcentreerd in een regio kleiner dan een voetbalstadion, was gewoon geweldig, " zei eerste auteur Eric D'Asaro, een UW hoogleraar oceanografie. "We wisten dat er enige concentratie zou zijn, maar de omvang gezien was vrij verbluffend."

Leerboekwetenschap zou voorspellen dat materiaal in de oceaan eenvoudig zou diffunderen - dat wil zeggen, uit elkaar bewegen of met de stroming meegaan. Maar recent onderzoek is begonnen om de rol van oceanische fronten en vortexen te onderzoeken, en een onderzoek uit 2015 toonde aan dat kleinschalige draaikolken fytoplankton tot honderden meters onder het wateroppervlak duwen.

De nieuwe studie toont aan dat dergelijke wervelingen uit een groot gebied wrakstukken kunnen aanzuigen. Als wetenschappers dit trechtergedrag op de een of andere manier zouden kunnen observeren of voorspellen, het kan helpen bij het opruimen van olielozingen of het terugwinnen van plastic en ander drijvend afval.

"De hoop is om dit toe te passen in projecten voor het opruimen van de oceaan, maar eerst moeten we uitzoeken hoe we kunnen observeren of voorspellen waar deze concentraties zullen optreden, ' zei D'Asaro.

Het onderzoek werd gefinancierd door het door de industrie gesteunde onderzoeksinitiatief van de Golf van Mexico.

Voor de veldcampagne van 2016, co-auteur Tamay Özgökmen en zijn team aan de Universiteit van Miami ontwierpen goedkope driftsensoren die zijn gemaakt van biologisch afbreekbaar plastic, zodat honderden tegelijk kunnen worden ingezet. Tijdens een wintercruise, het team plaatste de instrumenten ongeveer 75 kilometer van de monding van de rivier de Mississippi, in een gebied waar verse, koud rivierwater ontmoet zouter, warmer en dichter water uit de Golf van Mexico. De cruise ingezet meer dan 1, 000 zwervers, waardoor het de grootste inzet ooit is van individueel traceerbare oceaanzwervers op één locatie om te zien hoe ze zich als groep gedragen.

Het experiment waarop deze studie zich richt, liet 326 zwervers in een raster met een tussenruimte van 1 kilometer vallen in de loop van ongeveer 16 uur. Acht dagen later, ongeveer de helft van de zwervers bevond zich in een cirkel ter grootte van 60 meter (200 voet), een gebied dat 400 keer kleiner is dan toen ze begonnen. Onderwaterwaarnemingen laten een uitstulping van zeewater zien die tegelijkertijd op deze locatie naar beneden stort.

"Het lijkt veel op de draaiende draaikolk die zich in een badkuip vormt:water zinkt in een klein gebied, maar water uit een veel groter gebied beweegt naar de vortex, ' zei D'Asaro.

De zwervers zijn drijvend en bleven aan de oppervlakte drijven. Ze bleven ongeveer 10 dagen samengeklonterd en verspreidden zich vervolgens langzaam in de volgende weken. Ondertussen verspreidde de andere helft van de zwervers zich gewoon over een gebied van 100 kilometer, zoals traditionele berekeningen zouden voorspellen.

"Dit is waarschijnlijk hoe de verticale uitwisseling in de oceaan uiteindelijk werkt, " zei tweede auteur Andrey Shcherbina, een oceanograaf bij het Applied Physics Laboratory van de UW. "Hoewel we het mengen van oceanen beschouwen als een grootschalig proces, zodra we dichterbij beginnen te kijken, beginnen we ons te realiseren dat het in feite incidenteel kan gebeuren, op zeer kleine schaal, bij geselecteerde hotspots die hier en daar knipperen."

De bevindingen hebben ook bredere implicaties voor hoe de oceaan zich gedraagt. Als vermenging op kleinere schaal plaatsvindt, en minder drijvend materiaal wordt in de vortex gezogen, dan zouden fijnmazigere modellen processen zoals de bloei van zeeplanten beter kunnen vastleggen, koolstoftransport en watercirculatie.

"Er zijn steeds meer theoretische redenen om te geloven dat zoiets zou moeten gebeuren, en enkele eerdere metingen die deze ideeën ondersteunden, " zei D'Asaro. "Maar ik denk dat dit een baanbrekend experiment zal zijn, omdat het zo dramatisch en gemakkelijk te begrijpen is."