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补水,我有特殊技巧:把屁股都给我翘起来!

作者:果壳网 来源:果壳网 公众号
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05-16

天热了,为了解渴,我们可以喝很多的冷饮……便利的城市生活很容易让人忘记——水是宝贵的资源,尤其对干旱地区而言。


南非的纳米布沙漠,是世界上最干燥的地方之一,几乎不下雨。为了汲取生命所需的水分,沙漠里的动物就需要采取独特的策略,比如沐雾甲虫(Stenocara gracilipes)——雾中集水

 

在大雾中收集水的甲虫 | BBC

 

沙漠里虽然不下雨,但却会起雾。大西洋上空的湿润空气会被大风吹到纳米布沙漠,令清晨时分的沙漠笼罩在薄雾之中。这些水分稍纵即逝,因而弥足珍贵。小甲虫奋力跑上沙丘,途中还有可能沦为蜥蜴的口中食,一切努力都只为赶在雾气消散前获取水分。

 

它们迎风翘起臀部、向前倾斜自己的身体。雾气逐渐在其背部凝结,待水珠聚得足够大,就沿着身上的细槽流到嘴里

 

迎风翘起的甲虫 | wired


小小的后背,特殊的结构

 

沐雾甲虫那看似普通的后背,其实有着精巧的设计。

 

甲虫的背面,有很多小凸起 | Nature


它们的背部凹凸不平,有很多细小的凸起。凸起的顶端没有蜡质覆盖物,是亲水的,水会被这样的表面吸住,然后铺展开来。


然而,凸起的斜边部位以及背上的沟槽,却都是覆盖了蜡质物的微结构。这些微米结构和蜡质物共同创造出了与荷叶表面类似的超疏水系统,在这样的表面上,水珠就变成圆滚滚的,非常容易滚落。

 

凸起的顶端是无蜡的、亲水的 | Nature


简单说来,甲虫背上的凸起尖端是亲水的,可以收集雾中的水分,而凸起的斜边与背上的沟槽是疏水的,便于收集而来的水珠流到嘴里。

 

如何把雾气慢慢地“榨”出水?

 

在炽热难耐的沙漠里,若非利用特殊的可控机制,雾中的小水滴会在热度及风力的作用下很快消失。因此,雾中集水并没有那么简单。

 

水滴把甲虫背上那亲水的凸起顶端作为凝结点,并逐步增长。浓雾中的水,固定于凸起顶端,形成快速增长的粘附在背部的水滴。而水就算落在疏水区域,也可以在弹起或被风吹到亲水区域时,被收集起来。

 

而水滴能粘附在亲水的凸起尖端上,取决于亲水尖端与水滴之间的吸引力。汇聚在一起的水滴,最终增大到一定的大小。超过这一大小后,水滴质量与表面接触面积的比率快速增加,直到克服了将水滴粘附在表面的吸引力。此时,水滴从亲水区域脱离,并沿着凸起之间的疏水沟槽,从倾斜的甲虫表面上滚落


水珠超过一定的大小,就会滚落 | wired


不过,浓雾总是伴随大风出现,凝结而成的水滴不会被吹入风中吗?毕竟在集水的过程中,水滴已经成长为足够大。

 

科研人员观察到,在自然环境中,沐雾甲虫背部的水珠直径大概会增长到约4-5毫米后,随即形成稳定的水流来为自己供给水分。


研究人员进一步计算发现,在迎风倾斜角度为45°,风速5米每秒(与纳米比亚测定的风速一致)的情况下,水滴直径大于5毫米时能沿表面滚落而不致被吹入风中。这种理论与实际的契合,或许就是千万年进化过程与自然选择较量的结果吧。

 

向沐雾甲虫学习

 

沐雾甲虫的这种集水结构有非常广泛的应用前景,例如集水帐篷、捕雾网、集水瓶等等。通过这种方法,在不消耗能量的情况下,可以实现对气态水的收集。

 

捕雾网 | aqualonis


在摩洛哥,雾中集水网系统(CloudFisher)可以将潮湿的空气转变为液态水,每天能够产生多达1600加仑的干净水(约320桶的桶装水)供附近的居民使用。


倘若这种应用进一步得到改善、普及,那将给干旱地区带去宝贵的干净水源。另外,仅仅是非洲女性,每年花在打水的时间加起来可高达400亿个小时,因此,类似的集水应用也将极大解脱了打水的女性,让她们能够将更多的时间与精力放在更有意义的事情上。

 

出去打水的女性 | un.org

 

家务缠身的非洲女性,在野外徒步的旅人,亟需灌溉的农田,远洋里往返的巨轮……几乎每个地方每个人都需要干净、便宜的淡水,也几乎都可以从捕雾网等应用中得到收益。也许有一天,这个小小甲虫会给世界带来巨大变革,在大海中变出淡水,将沙漠变为绿洲,让空气里的微小水雾凝聚成流,滋润干裂的土地和嘴唇。


作者:Vivian

编辑:Cloud、游识猷



参考文献

[1] Parker A R, Lawrence C R. Water capture by a desert beetle[J]. Nature, 2001, 414(6859): 33.

[2] Can Namib Desert Beetles Help Us Solve Our Drought Problems? | Think Like a Tree

[3] Giant nets harvest fog to solve water crisis in Morocco. https://mashable.com/2017/01/31/fog-catching-nets-turn-moisture-into-water/?europe=true


一个AI

天热了,记得多喝水。



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