לקצוף או לא לקצוף?

חוקרים בטכניון פענחו את המנגנון המעודד היווצרות קצף דווקא בים ובאוקיינוס ולא במים מתוקים

פרופ’ אברהם מרמור

כולנו מכירים את התופעה של קצף על פני הים. גלי הים הנשברים מחדירים אוויר לתוך המים, והבועות הנוצרות בעקבות זאת עולות אל פני המים ויוצרות קצף. אבל אם נצפה באגם סוער, או בבריכת גלים, לא נראה קצף כזה – בוודאי לא בכמות הקיימת בים. הבדל זה נסקר בספרות המקצועית כבר בשנת 1929.

קצף מורכב מקרומים דקים של תמיסה מימית המקיפים בועות אוויר. כדי שהקצף יהיה יציב נדרש כוח דחייה בין קרומי הבועות. כוח זה הוא בדרך כלל אלקטרוסטטי. מאחר שהוספת מלח מנטרלת את הדחייה האלקטרוסטטית אפשר היה להניח כי הקצף לעולם לא יהיה יציב במי ים. בפועל, ההיפך הוא הנכון.

מדוע זה מעניין, בוודאי תשאלו. ובכן, לקצף הגלים יש השלכות לא רק על הרוחצים בים ועל תופסי הגלים אלא גם על החדרת אוויר למים, החיונית לחיים בים, ובעיקר על היווצרות עננים. היווצרותם של עננים מותנית בהימצאות כמות קטנה של מלח בטיפות המים. המלח הזה מגיע אליהם מהתפוצצות בועות הקצף של גלי הים, המשחררת חלקיקי מלח לאטמוספירה.

סוגיית הקצף הנוצר בים ובאוקיינוס ולא במים מתוקים נחקרת כבר עשרות שנים, בעיקר במתקנים מעבדתיים המתאימים לחקר הכימיה הפיזיקלית של קרומים נוזליים דקים וב”עמודי בועות” המשמשים בהנדסה כימית. כעת נפתרת התעלומה רבת השנים הזו בטכניון במסגרת עבודת הדוקטורט של יעל קציר, בהנחייתו של פרופ’ אברהם מרמור מהפקולטה להנדסה כימית. מודל ניסויי פשוט שפיתחו השניים מאפשר לעקוב אחר בועה יחידה הנוצרת מתחת לפני המים ואחר קצב ההתמזגות שלה עם פני המים. להפתעת החוקרים, תוצאות הניסוי לא תאמו כלל את תוצאות הניסויים בעמודי בועות. סתירה זו היא שהוליכה בסופו של דבר לפתרון. בניגוד להנחה הראשונית, לפיה המלח מנטרל את הדחייה האלקטרוסטטית, מתברר, על סמך מודל תיאורטי, שבמקרה זה המלח הוא הגורם לדחייה זו. לכן בועות הקצף נשארות יציבות לאורך זמן. יתר על כן, חוקרי הטכניון הוכיחו כי תופעה זו תלויה בצפיפות הגבוהה של הבועות, המתקרבות זו אל זו במהירות גבוהה יחסית.

ואיך נדע שהתופעות המתרחשות בעמוד בועות אכן זהות לתופעות המתרחשות בגלי ים? מערכת ניסוי פשוטה נוספת, המדמה במעבדה שבירת גלי ים, נבנתה ממזרק שממנו מותז סילון של תמיסת מלח אל תוך מיכל המכיל תמיסה זהה. הסילון מוזרק לתוך המיכל באלכסון, וצילום מהיר, שנעשה בעזרתו של גל גולדשטיין, מאפשר מעקב אחר התפתחות התופעות במרחב (על פי הציר האנכי) ובזמן (על פי הציר האופקי). בצילום המצורף אפשר לראות היטב את ההבדל הברור בין התנהגות הבועות במים מלוחים (מימין – צפיפות גדולה של בועות קטנות וקצף סמיך על פני התמיסה) להתנהגותן במים מתוקים (משמאל – בועות גדולות בהרבה וקצף דליל). תוצאות הניסויים במערכת זו הוכיחו, שהתופעות שנצפו בעמודי בועות זהות, למעשה, לתופעות הקורות בים. לכן כל הידע שנצבר בניסויים עם עמודים כאלה, רלוונטי גם לשאלה של קצף על פני הגלים.

קישור למאמר –  http://bit.ly/2cFMuhC

דוקטורנטית יעל קציר

מערכת הניסוי בפעולה