پروفسور ارژنگ خلیلی، استاد مؤسسه میکروبیولوژی دریایی ماکس پلانک آلمان می‌گوید به رهیافت های جدیدی در حل «پارادوکس استوکس» رسیده که می تواند بعد از حدود ۱۷۰ سال این معمای مطرح در دینامیک سیالات را حل کند.
به گزارش دیده‌بان علم ایران، سر جورج گابریل استوکس که در اوایل قرن نوزدهم معادلات مهمی برای محاسبه میدان سرعت و میدان فشار ناشی از حرکت ذرات مایع و گاز (سیال) ارائه کرده که همچنان در رشته های مختلف علمی کاربرد دارد در سال۱۸۵۱ موفق به ارائه معادله ساده‌تری برای توصیف حرکت بسیار آهسته ذرات سیال شد. استوکس توانست از طریق این معادله ضریب مقاومت اجسام کروی را که در سیال در حال حرکت هستند محاسبه کند، اما موفق به محاسبه ضریب مقاومت اجسام استوانه‌ای نشد و پژوهش‌ها در این مقطع با بن‌بست روبه رو شدند.
از سال ۱۸۵۱ به بعد این موضوع ذهن دانشمندان دینامیک سیالات را به خود جلب کرده بود و همگی تلاش می‌کردند راه حلی برای این مسأله ارائه دهند اما جواب‌هایی که از محاسبه ضریب مقاومت اجسام استوانه‌ای حاصل می‌شد متفاوت بودند. از این رو این بن‌بست به پارادوکس استوکس شهرت یافت و لاینحل باقی ماند.
پرسشی که برای پروفسور خلیلی پیش آمد این بود که ارگانیسم‌های زنده میکروسکوپی که داخل آب‌های اقیانوس‌ها هستند هنگام فرود چه مقدار از مواد آلی یا ارگانیک را با خود از سطح به کف دریا می‌برند. پس از حل موضوع با کمک ریاضیات و اعداد نیاز به آزمایشاتی بود که بر این محاسبات صحه بگذارند زیرا در ریاضیات عددی احتمال خطا زیاد است.
پروفسور خلیلی در تلاش برای دستیابی به علت این تفاوت‌ها متوجه شد که گوناگونی نتایج حاصله در حقیقت ناشی از شرایط متفاوت آزمایش‌ها بوده است.
خلیلی در این زمینه توضیح می‌دهد: «آب‌های عمیق و اقیانوس‌ها نقش بسیار موثری در اکولوژی و شرایط آب و هوایی کره زمین ایفا می‌کنند. در سطح اقیانوس‌ها و دریاهای عمیق ارگانیسم‌ها و ذرات بسیار ریز بی‌شماری وجود دارند. وقتی نور خورشید بر این ذرات می‌تابد فتوسنتز صورت می‌گیرد و پروسه جذب و دفع بیولوژیکی انجام می‌شود. این ذرات حاصل ترکیب دیاتوم‌ها، فیتوپلانکتون‌ها، گلوله‌های مدفوعی و گرد و غبار ناشی از توفان و غیره هستند. به مجرد اینکه وزن مخصوص این ذرات از وزن مخصوص آب سنگین‌تر می‌شود به آهستگی به سمت پایین (کف دریاها) حرکت می‌کنند. این ذرات که برف دریایی نام دارند حاوی مواد ارگانیک هستند که به‌‌تدریج و به آهستگی به کف اقیانوس‌ها می‌رسند و حیات را از بالا به پایین انتقال می‌دهند.
به گفته وی، میکروب‌ها روی این دیاتوم‌ها و فیتوپلانکتون‌ها جا می‌گیرند و شروع به تنفس می‌کنند و بر اثر آن گاز کربنیک تولید می‌شود. این گاز کربنیک به دلیل سبک بودن دوباره کل مسیر کف به سطح اقیانوس را طی می‌کند و از آب‌ها خارج می‌شود و مشکلات زیادی از جمله گرمایش کره زمین، ایجاد حفره در لایه اوزون و آب شدن یخ های قطبی را باعث می‌شود. این مسأله باعث اختلال در گردش کربن اقیانوسی جهانی و ایجاد مشکلات و تغییراتی در شرایط اقلیمی و آب و هوایی می‌شود.»
این تغییرات تا حدودی از طریق برنامه‌های رایانه‌ای از جمله برنامه‌ای که هم‌اکنون در انستیتو هوا شناسی موسسه علمی ماکس پلانک در هامبورگ مورد استفاده قرار می‌گیرد قابل پیش‌بینی است. این برنامه‌ها قادرند وضعیت کره زمین را در هزاران یا صدها هزار سال آینده شبیه سازی و شرایط آن را از نظر اقلیمی پیش‌بینی کنند.
یکی از داده‌های ورودی این برنامه‌های رایانه‌یی میزان مواد ارگانیک یا کربنی است که از سطح اقیانوس به داخل آب‌ها وارد می‌شوند، زیرا این مواد در سیکل بعدی گازکربنیک تولید می‌کنند. از آنجایی که ذرات جلبک‌های سبز و دیاتوم‌ها استوانه‌ای شکل هستند دستاوردهای پروفسور خلیلی در حل پارادکس استوکس این امکان را فراهم کرده که بخشی از داده‌های ورودی این برنامه‌ها بهبود یافته و تخمین نسبتاً دقیق‌تری از میزان کربن و یا مواد ارگانیکی که می‌توانند به سطح دریاها برسند به دست آید.
به گزارش دیده‌بان علم ایران، خلیلی با تاکید بر اهمیت آموختن از استراتژی عملکرد و حیات ارگانیسم‌های زنده در اقیانوس‌ها تاکید کرد: «برای مثال برخی ازمیکروارگانیسم‌ها پروتئینی تولید می‌کنند که در ترکیب با آب شور اقیانوس‌ها چسبی طبیعی به وجود می‌آورند. این چسب در آینده می‌تواند در عمل جراحی جایگزین بخیه شود.»
موضوع پژوهشی دیگری که هم اکنون پروفسور خلیلی به آن مشغول است بررسی برخورد ذرات سیال به‌جای استفاده از معادلات حرکت برای محاسبه میدان سرعت و میدان فشار سیال است. این تحقیق محاسبات دشوار هیدرودینامیکی را آسان و با تبدیل معادلات غیر خطی‌به خطی زمان محاسبات رایانه‌ای را کاهش می‌دهد.
انتهای پیام