By Найчастіше підвищення тиску спричиняє швидкість протікання, що можна побачити, стискаючи тюбик з кетчупом. Але трапляється і так, що рідини, протискаючись через пористі матеріали, такі як ґрунт чи осадові скелі, сповільнюються, коли тиск наростає. Пояснення причин цього явища є важливим з перспективи багатьох промислових застосувань, наприклад, очистки ґрунту та видобутку нафти, коли закачування до ґрунту однієї рідини призводить до усування з нього іншої. На жаль, за явищами, які в той час відбуваються, важко спостерігати безпосередньо – пише Рейчел Берковіц у часописі Scientific American.
Два дослідники з Прінстонського університету, інженер-хімік Крістофер Браун та фізик Суїт Датта, запропонували вирішення цієї проблеми. Проштовхуючи спеціально підібрану прозору рідину крізь прозору модель скелі, вони виявили, що за певних умов рух стає хаотичним, що веде до утворення вирів, які закупорюють пори і сповільнюють протікання.
Рідини, які потрапили у сферу зацікавлення, так звані «полімерні розчини», що містять великі часточки у вигляді розтяжних ланцюжків, часто зустрічаються в біології та у косметичній й енергетичній промисловості. Теоретики передбачають, що у каналах такі ланцюжки будуть розтягатися, практично досягаючи своєї максимальної довжини, щоб потім знову згортатися, діючи за такої нагоди тими силами, які спричиняють утворення вирів. Питання, чи таку турбуленції «проявляються у реальному тривимірному ґрунті, осадах і пористих скелях, є предметом гарячих дискусій» – визнає Датта.
Щоб прояснити суперечливість, дослідники прокачали синтетичний полімерний розчин через «модель осадової скелі», якою була ємність, наповнена маленькими скляними кульками. Склад і густина полімерного розчину була підібрані так, щоб «скеля» була повністю прозорою після наповнення рідиною.
Часточки полімерів були оснащені флюоресцентними центрами, котрі дозволяли за допомогою мікроскопа відслідковувати їхнє переміщання крізь пори. Це дозволило викрити місця виникнення вирів і слідкувати за змінами протікання рідини в залежності від тиску. Спостереження підтвердили, що сповільнення протікання у макромасштабі мало мікроскопічні причини, такі як і передбачали дослідники: ланцюжки розтягалися в порах, а потім знову згорталися. Результати досліджень було опубліковано у журналі “Sciences Advances”.
«Візуалізація протікання всередині тривимірного, пористого осередку буквально відчиняє вікно на щось, що раніше видавалося недоступним» – визнає Пауло Арратія, інженер-біохімік з Пенсильванського університету, котрий не брав участі у дослідженнях. Якщо б на наступному етапі «вдалося ще побачити, як часточки розтягаються і скорочуються, ми отримали б чудове поєднання часточкової моделі з мікроскопним образом».
Промислове застосування вимагає знання про тиск, необхідний для прокачування з певною швидкістю полімерного розчину крізь пористий осередок. Дані дослідження дозволили створити фізичну модель, яка уможливлює пов’язання означених параметрів та приблизний підрахунок, скільки забруднень вдасться усунути, закачуючи розчин в занечищений ґрунт. «Без можливості передбачення результату – підкреслює Датта – залишається лише метод проб і помилок».
