СРАВНЕНИЕ ДВУХ МОДЕЛЕЙ БИООБРАСТАНИЯ ПЛАСТИКОВЫХ ФРАГМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

Аннотация

Информация об изменении формы, эффективной плотности и, соответственно, характеристик плавучести пластиковых фрагментов при биообрастании в морской среде необходима для построения реалистичных моделей их транспорта от места попадания в Мировой океан. Цель настоящего исследования состояла в выборе модели и ее параметров для физически непротиворечивого описания процесса биообрастания цилиндрического пластикового фрагмента в условиях Балтийского моря. Рассматривалось одномерное приближение, то есть предполагалось, что рост колонии на субстрате сводится к увеличению толщины биослоя, и все новые микроводоросли равномерно распределяются по боковой поверхности цилиндра. Предполагалось, что биообрастание происходит под действием двух механизмов: прилипания микроводорослей к субстрату в результате перемещения фрагмента относительно среды и самостоятельного роста колонии уже прилипших к фрагменту микроводорослей. В качестве моделей самостоятельного роста рассматривались модели Ферхюльста-Пирла и Гомпертца. Было показано, что модель Ферхюльста-Пирла является предпочтительной: показывает физически непротиворечивые результаты, имеет меньше калибровочных параметров и проще для подбора их значений. Так, для сценария, при котором целевое значение толщины биослоя на фрагменте, равное 0.05 мм (порядка двух диаметров микроводорослей), достигается за целевое время примерно в 20 дней (типичное время, после которого толщина биослоя остается практически неизменной), максимальная скорость роста колонии составила μmax = 5 · 10–6 с–1, что укладывается в пределы указываемых в литературе значений (от 1 · 10–6 до 10 · 10–6 с–1). Модель позволяет также провести расчет динамики изменения плотности объекта «фрагмент+биослой», то есть предоставляет всю информацию как по геометрическим, так и по физическим свойствам, необходимую, скажем, для моделирования траекторий движения пластиковых фрагментов в морской среде с учетом биообрастания.