Обрастание

Коррозия, ускоренная обрастанием

Обрастание — нарост, образуемый на погружённых в воду предметах поселениями организмов (бактерий, водорослей, беспозвоночных животных) и минеральными частицами. По размерам организмы обрастания делят на микрообрастателей (бактерии, одноклеточные организмы) и макрообрастателей (беспозвоночные и водоросли). Более 1700 видов морских организмов могут участвовать в обрастании[1], создавая локальную экосистему.

Наиболее распространённой причиной обрастания искусственных поверхностей (днище корабля, нефтяная платформа и т. п.) являются колонии ракообразных, таких как морские уточки. Они прочно прикрепляются к находящимся в воде предметам, удалить их можно только путём механического соскребания. Обрастание могут образовывать и более крупные беспозвоночные, например мшанки, которые создают веерообразные структуры. Гидроиды, асцидии, известковые черви также вносят свой вклад в обрастание, однако они прикрепляются лишь к неподвижным объектам, а к судам только на стоянках и достаточно быстро отваливаются при выходе в море.

Раковины прикрепляются к подводным поверхностям путём выделения вяжущего вещества («клей морской уточки»). Это вещество образуется рядами парных желез на поверхности морской раковины и затвердевает в воде за 10—15 минут. Лабораторные исследования показали, что слой клея морской уточки толщиной в один микрон обладает модулем сдвига в 5 мегапаскалей, что соответствует хорошим образцам современных клеев.

Обрастатели живут в солёной морской воде; если морское судно достаточно долго находится в пресных водоёмах, то морские организмы гибнут. Однако, вопреки распространённому заблуждению, они не отваливаются, а напротив, при выходе в открытое море создают хорошую основу для нового обрастания. Существуют материалы, практически не подверженные обрастанию, — резина, стекло, некоторые синтетические поверхности.

Интенсивность морского обрастания зависит от температуры воды — в тропических широтах обрастание идёт быстрее. За полгода днище судна может покрыться наростом толщиной до 7 сантиметров и весом до ста тонн, особенно если были продолжительные стоянки в портах. Сильное обрастание может вызвать уменьшение скорости судна до двух узлов и увеличить расход топлива до 40 процентов[2].

Измерительный инструмент, покрытый речными дрейссенами

Поселяясь на поверхности гидротехнических объектов, обрастатели причиняют существенный экономический ущерб. Морские организмы могут нарушать изоляцию электрических кабелей и повреждать металлические тросы. Обрастание — одна из главных причин выхода из строя океанографических приборов, длительно находящихся в воде (измерителей течения, гидрофонов). В то же время некоторые обрастатели — например, мидии, — являются ценными промысловыми видами.

С проблемой обрастания столкнулись ещё мореплаватели древнего мира. Первые упоминания об этой проблеме можно встретить у Плутарха. Для воспрепятствования обрастанию древние мореплаватели использовали воск, дёготь, нефть, серу, мышьяк, свинец[3]. С XVIII века для защиты от обрастания подводные конструкции (в основном, днища судов) обшивали медными листами. Медь обладает токсическими свойствами, и беспозвоночные-обрастатели на ней гибнут (хотя обрастание бурыми водорослями медь предотвратить не может). К 1783 году весь английский военный флот имел медную обшивку, к началу XIX века примеру Великобритании последовали Испания и Франция.

В настоящее время для профилактики обрастания используются специальные покрытия, содержащие в своём составе медь или другие токсические вещества (биоциды), обладающие большей токсичностью и большим сроком службы. Во второй половине XX века были популярны оловоорганические соединения — в это время до 70 процентов судов в мире обрабатывалось трибутилоловом (C4H9)3Sn[4]. Покрытия на основе трибутилолова позволяли увеличить срок между обработками до четырёх лет. Однако исследования экологов показали, что токсические соединения олова серьёзно загрязняют океан, накапливаясь в донных отложениях. В октябре 2001 года Международная морская организация запретила использование покрытий на основе трибутилолова[5]. При этом экологи охарактеризовали его даже как наиболее токсичное вещество, когда-либо целенаправленно выпускавшееся в океан[4].

В XXI веке используются более экологически чистые соединения цинка и ванадия; вновь пробудился интерес также и к меди. Однако для эффективного действия такие покрытия должны иметь достаточно большую растворимость, следовательно обработку поверхностей необходимо проводить периодически. В 2010-х годах Военно-морской флот США заинтересовался разработками наноматериала, имитирующего фактуру кожи акулы[6][7].

Поселение обрастателей на поверхности другого организма называется эпибиозом. Частным случаем микрообрастания является формирование бактериальной плёнки на зубах, которое приводит к кариесу.

Примечания

  1. ↑ Almeida Е; Diamantino, Teresa C.; De Sousa, Orlando (2007), "Marine paints: The particular case of antifouling paints", Progress in Organic Coatings, 59 (1): 2—20, doi:10.1016/j.porgcoat.2007.01.017, Архивировано из оригинала 24 сентября 2015, Дата обращения: 6 июня 2011
  2. ↑ Vietti, P (Fall 2009), "New Hull Coatings Cut Fuel Use, Protect Environment" (PDF), Currents: 36—38, Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2011, Дата обращения: 6 июня 2011 Архивная копия от 5 октября 2011 на Wayback Machine
  3. ↑ Culver, Henry E.; Grant, Gordon, The Book of Old Ships, Dover Publications, ISBN 978-0486273327
  4. ↑ 1 2 Evans, S. M.; Leksono, T.; McKinnell, P. D. (January 1995), "Tributyltin pollution: A diminishing problem following legislation limiting the use of TBT-based anti-fouling paints", Marine Pollution Bulletin, 30 (1): 14—21, doi:10.1016/0025-326X(94)00181-8, ISSN 0025-326X
  5. ↑ Focus on IMO - Anti-fouling systems (PDF), International Maritime Organisation, 2002, Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2014, Дата обращения: 22 мая 2012
  6. ↑ 10 технологий, которые люди «украли» у природы. [[Популярная механика]]. 20 сентября 2019. Дата обращения: 22 сентября 2019. Архивировано 20 сентября 2019 года.
  7. ↑ Sharklet: A biotech startup fights germs with sharks. CNN.com Money (31 мая 2013). Дата обращения: 22 сентября 2019. Архивировано 22 сентября 2019 года.

Литература

  • Дубах Г., Табер Р. 1001 вопрос об океане и 1001 ответ / Пер. с анг. С. Ю. Яржембовского. — Л. : Гидрометеоиздат, 1977. — С. 119—121. — 188 с. : ил.