大西洋的传送带：在全球移动颗粒，生物和垃圾

洋流是一条横跨全球的传送带;它们正在远距离运输矿物质、营养物质、生物体和其他粒子。然而，这些流所扮演的角色的全部范围仍然没有得到充分的理解。葡萄牙马德拉海洋天文台主任Rui Caldeira博士和他的合作者Iria Sala博士Cláudio Cardoso和Maria João Lima使用最新的计算机模拟技术来了解洋流是如何与大西洋东北部的四个群岛相互作用的。该小组的发现为研究该地区是如何受到日益严重的塑料污染问题的影响，以及类似的过程在全球范围内是如何展开提供了新的思路。

海洋电流是环境的关键方面，占据了我们星球的三分之二。由包括风，温度差异和地球旋转在内的因素产生的，它们形成了巨大的传送带，这些传送带围绕着大陆之间的庞大地区，从而将矿物质，营养，沉积物和浮游生物移动到全球的新地区。反过来，电流是许多生态系统的生命线，既有海洋和陆地，也能使许多数百万人的生计。然而，遗憾的是，他们最近一直负责推动废弃塑料的蔓延，甚至是地球最偏热的生态系统造成的污染损坏。

尽管这些因素都有关联，但研究人员对洋流的总体动态情况仍知之甚少。面对这一挑战，海洋学家的工作对于理解洋流在维持生命中所扮演的角色以及海洋生态系统如何受到人类活动的影响至关重要。在他们的研究中，葡萄牙马德拉海洋天文台主任Rui Caldeira博士和他的合作者Iria Sala博士，Cláudio Cardoso和Maria João Lima使用物理学的一个分支专注于a拉格朗日描述海洋中移动流体特征的方法。这使得他们可以通过绘制由当前方向和速度决定的粒子随时间的位置来描述单个粒子的运动。然而，在达到这些能力之前，研究人员需要执行一套先进的数学计算来模拟洋流。

模拟电流
通过2013年出版的一项研究，Caldeira博士及其同事制定了一种稳健的方法，用于使用名为“区域海洋建模系统”（ROM）的计算机模型来绘制东北大西洋的电流路径。广泛用于大洋摄像机，ROM使团队能够申请拉格朗日力学对他们的海洋流量计算。反过来，这允许它们模拟不同颗粒的传输和分散随着时间的推移。为了测试模型预测的可靠性，它们将它们的结果与卫星观察的实际电流和测量结果进行了比较，并且浮动传感器阵列（'漂移浮标），这可以在不同深度探测电流。

海洋论文的工作至关重要，了解洋流在维持和移动生活中的洋流发挥作用。

正如团队所希望的那样，他们模型中出现的动态紧密匹配了观察结果，并与东北大西洋的已知循环模式保持一致。此外，它们验证了它们的仿真与几种动物的已知分布的一致性，包括特定的鱼类，龙虾，鳗鱼和海绵，以及从威望油溢出的原油漂移的观察结果：发生的灾难2002年西班牙西北海岸。明确证明了重建roms的可靠性拉格朗日Caldeira博士的呼吸途径，Caldeira的团队可以接下来将其技术应用于在各种更具体的情况下学习电流。

筛分漂移粒子
Macaronesia的地区跨越东北大西洋的大量斯巴瑟：从北方的亚速尔群岛，曾在葡萄牙大陆以西，到南部的Cabo Verde - 西非海岸的一个国家。在谎言之间的马德拉群岛 - 考虑到金丝雀群岛的团队是基于的除了这四组岛屿之外，还有许多海山复合物，可从土地上创造浅地区数百公里。这些浅层结构与海洋电流相互作用，导致保留和积聚区域的产生 - “筛分”进入的海洋。因此，这个过程有利于解决某些物种，也是新材料，如垃圾，不断地送到这些孤立的岛屿和海山，产生独特的海洋生态系统。

OceanGoorGory现在对北大西洋循环电流系统的相当详细了解：循环，顺时针流动，一直延伸到加勒比和北美。然而，尽管如此，达到特定岛屿和海山的颗粒的具体起源仍然难以确定。在两项进一步的研究中，Caldeira博士的团队探讨了两种特定的案例拉格朗日技术改编自早期研究。在第一项研究中，他们检查了到达亚塞尔群体的粒子的起源，评估岛屿的能力捕获和保留进入材料。第二，他们对两个名为Great Meteor和Guyraira-Tory的两个海山复合物进行了类似的研究 - 每个人都被确定为脆弱的，生态的重要领域。

识别送货机制
通过一系列模拟，卡尔迪拉博士和他的同事确定了达到亚速尔群岛的粒子主要沿着旋转漩涡的向西传播走廊运输。这些走廊可能会从海湾流中脱离：北大西洋循环电流系统的一部分，从加勒比地区提供加热水到北欧。此外，研究人员表明，这些电流被岛屿以特征方式搅拌。这意味着虽然岛屿捕获粒子的能力与其尺寸直接相关，但它们保持颗粒的时间涉及它们周围的水的深度 - 由于电流在更深的水中减慢了电流。

在他们的第二次研究中，Caldeira博士的团队再次将漩涡的走廊识别为到达两个海山复合物的粒子的主要运输颗粒。然而，这一次，走廊从亚塞尔群体向南流动的电流分支 - 所以通过相同电流的不同分支馈送每个复合物。该观察不仅透露了连接海山的大规模机构 - 这是分开数百公里的;它还指示了同一复合物中的海山之间连接的新机制。

在马德拉-托雷综合设施中，海山通常较小，但更紧密地聚集在一起。在该团队的模拟中，这产生了一种“粘性水”效应——与周围开阔水域的水流相比，综合体内的水流变慢了。这提高了马德拉- tore捕获和保留粒子的能力。相比之下，大流星群中较大的海山密度较低。这就产生了一种“海底山效应”——微粒的捕获和保留特性与岛屿周围的更相似。

了解塑料污染
在他们最新的研究中，Caldeira博士的团队已经建立了以前的技术，探讨了Macaronesia更广泛地区的所有四个群岛塑料污染的影响。结合了最新的海洋数据集，风和波使用拉格朗日工具，它们转动时钟以跟踪一个10年期间与岛交往岛屿的虚拟粒子的动作;还考虑了海洋表面下方颗粒的深度。他们的模拟显示，海湾流是拦截每个岛屿群体的所有塑料污染的主要途径 - 尽管Cabo Verde较不适化。

这些模拟清楚地强调了小岛屿对横跨多个大洲的人类活动的脆弱性。

正如预期的那样，漂浮在海面上的颗粒被岛屿捕获到远越短的时间，而不是在更深入的深处浸没，主要是因为表面颗粒暴露在风中。事实上，风吹在北大西洋'垃圾补丁中的一个地区 - 北大西洋循环电流系统中间的一个地区，其中塑料倾向于积聚 - 是驱动这种表面颗粒的原理机制到群岛上的运输。暴露在风中的颗粒具有“退出”该垃圾补丁的概率最高，最终与群岛相交。许多颗粒也起源于靠近所有四个岛屿群体的密集捕捞行业。此外，源自北部和中美洲海岸的塑料是达到亚速尔群岛，马德拉和加那利群岛的常见污染源，而西北非洲海岸的颗粒更容易在Cabo Verde中最终结束。总的来说，模拟清楚地突出了每组岛屿对多个大陆的人类活动的脆弱性。

告知未来的努力
塑料污染现在正在全球呈指数增长。在20世纪50年代5000万吨，丢弃的废物水平在2015年增长超过3200万吨;根据目前的估计，每年增加4至1200万吨。所有也是如此，洋流在运输和分散这种污染方面的更广泛的角色仍然很清楚，研究人员仍然难以难以确定具体的生态系统会受其影响。

尽管影响着Macaronesia的四个群岛的洋流和洋流走廊最终只是全球洋流传送带的一小部分，但该地区的塑料污染问题正清楚地反映在全球范围内。面对这场愈演愈烈的危机，越来越多的人呼吁世界各地的政府和组织解决所涉及的许多问题，并减轻其最坏的影响。当这种情况发生时，Caldeira博士的团队和其他类似团队所做的模拟将对理解必须采取什么措施来保护我们的海洋，以及确保海洋所包含的大量生态系统的未来至关重要。