p Uma equipe de matemáticos da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill e Brown University descobriu um novo fenômeno que gera uma força fluídica capaz de mover e ligar partículas imersas em fluidos com camadas de densidade. A descoberta oferece uma alternativa às suposições anteriormente sustentadas sobre como as partículas se acumulam em lagos e oceanos e pode levar a aplicações na localização de hotspots biológicos, na limpeza do meio ambiente e até na triagem e embalagem. p Como a matéria se estabelece e se agrega sob gravitação em sistemas de fluidos, como lagos e oceanos, é uma área ampla e importante de estudo científico, aquele que tem um grande impacto sobre a humanidade e o planeta. Considere "neve marinha, "a chuva de matéria orgânica caindo constantemente das águas superiores para as profundezas do oceano. A neve marinha rica em nutrientes não é apenas essencial para a cadeia alimentar global, mas seus acúmulos nas profundezas salgadas representam o maior reservatório de carbono da Terra e um dos componentes menos compreendidos do ciclo de carbono do planeta. Há também uma preocupação crescente com os microplásticos que rodam nos giros oceânicos.

p O acúmulo de partículas no oceano há muito é entendido como o resultado de colisões e aderências fortuitas. Mas um fenômeno totalmente diferente e inesperado está ocorrendo na coluna de água, de acordo com um artigo publicado em 20 de dezembro em Nature Communications por uma equipe liderada pelos professores Richard McLaughlin e Roberto Camassa, do Carolina Center for Interdisciplinary Applied Mathematics no College of Arts &Sciences, junto com seu aluno de graduação da UNC-Chapel Hill, Robert Hunt e Dan Harris, da Escola de Engenharia da Brown University.

p No papel, os pesquisadores demonstram que as partículas suspensas em fluidos de diferentes densidades, como a água do mar de várias camadas de salinidade, exibem dois comportamentos previamente desconhecidos. Primeiro, as partículas se auto-montam sem atração eletrostática ou magnética ou, no caso de microrganismos, sem dispositivos de propulsão, como flagelos ou cílios. Segundo, eles se agrupam sem qualquer necessidade de adesivo ou outras forças de ligação. Quanto maior o cluster, mais forte é a força atrativa.

p Como tantas descobertas, este começou acidentalmente, alguns anos atrás, durante uma demonstração para VIPs visitando o Laboratório Conjunto de Matemática Aplicada e Ciências Marinhas que Camassa e McLaughlin dirigem. O par, há muito fascinado por fluidos estratificados, pretendia mostrar um truque de salão favorito - como esferas despejadas em um tanque de água salgada "ricocheteiam" em seu caminho para o fundo, contanto que o fluido seja uniformemente estratificado por densidade. Mas o estudante graduado encarregado do experimento cometeu um erro ao definir a densidade do fluido inferior. As esferas saltaram e ficaram penduradas lá, submerso, mas não afundando.

p "E então eu tomei o que foi uma boa decisão, "disse McLaughlin, "para não limpar a bagunça." Ir para casa, ele disse ao estudante de graduação. Nós vamos, lidar com isso mais tarde. A manhã seguinte, as bolas ainda estavam suspensas, mas eles começaram a se agrupar - a se automontar sem razão aparente.

p Os pesquisadores finalmente descobriram o motivo, embora tenha levado mais de dois anos de estudos experimentais de referência e muita matemática.

p Você pode ver o fenômeno em ação em um vídeo produzido pelos pesquisadores. Microesferas de plástico jogadas em um recipiente de água salgada coberto com água doce menos densa são puxadas para baixo pela força da gravidade e empurradas para cima pela flutuabilidade. Enquanto eles ficam suspensos, a interação entre flutuabilidade e difusão - agindo para equilibrar o gradiente de concentração de sal - cria fluxos em torno das microesferas, fazendo com que eles se movam lentamente. Em vez de se mover aleatoriamente, Contudo, eles se agrupam, resolvendo seus próprios quebra-cabeças. Conforme os clusters crescem, a força do fluido aumenta.

p "É quase como se tivéssemos descoberto uma nova força eficaz, "Camassa disse.

p A descoberta desse mecanismo de primeiro princípio até então desconhecido abre as portas para a compreensão de como a matéria se organiza no ambiente. Em corpos d'água altamente estratificados, como estuários e o oceano profundo, ser capaz de compreender matematicamente o fenômeno pode permitir aos cientistas modelar e prever a localização de hotspots biológicos, incluindo áreas de alimentação para peixes comerciais ou espécies ameaçadas de extinção. Aproveitar o poder do fenômeno também pode levar a melhores maneiras de localizar microplásticos oceânicos ou até mesmo petróleo de derramamentos de petróleo em alto mar. Ou, em uma versão de tamanho industrial do experimento do Fluids Lab, o mecanismo pode ser usado para classificar materiais de diferentes densidades, por exemplo, cores diferentes de vidro reciclável triturado.

p "Há anos trabalhamos com sistemas estratificados, normalmente observando como as coisas passam por eles, "McLaughlin disse." Esta é uma das coisas mais emocionantes que encontrei em minha carreira. "