پدیده خزه زدگی چیست؟

پدیده خزه‌زدگی

رشد ناخواسته موجودات زنده روی ساختار مصنوعی غوطه ور در آب دریا را خزه‌زدگی می‌نامند. از زمان‌های گذشته تا به امروز همواره مشکل خزه‌زدگی کشتی‌ها پس از حرکت آن‌ها در دریا وجود داشته است. قسمت‌های زیرین بدنه کشتی‌ توسط رسوبات گیاهی و جانوری پوشیده می‌شوند. وجود این پوشش‌ها موجب خوردگی قطعات بدنه خواهد شد. در گذشته که علوم پیشرفت کنونی را نداشت این مسئله مشکل ساز بود و با توجه به این مطلب که راه دریایی هم از نقطه نظر تجاری و هم نظامی راهی بسیار مقرون به صرفه بوده و هست. بنابراین انسان کوشیده تا با این مشکل دست و پنجه نرم کند.

تغییر میزان  توان مصرفی و زبری سطح توسط این نوع موجودات در سرعت حرکت 15 نات در جدول 1 ارائه شده‌است.

جدول 1 تغییر میزان  توان مصرفی و زبری سطح توسط موجودات دریایی

مشکلات دیگر این موجودات افزایش اصطحکاک در محیط آبی می‌باشد. یکی از قطعات بسیار حساس در شناورها و کشتی‌ها پروانه می‌باشد که با چرخش خود نیروی محرکه لازم جهت حرکت شناور را تامین می‌کند. مقداری از این نیرو محرکه صرف غلبه بر نیروی اصطحکاکی بین آب و اجزاء درگیر با آن می‌گردد. در نتیجه هر چقدر اصطحکاک بدنه و اجزاء بیشتر شود انرژی بیشتری صرف خواهد شد. تامین انرژی بیشتر، افزایش مصرف سوخت و کاهش سرعت حرکت را به دنبال دارد. به طورکلی در این حالت افزایش هزینه و زمان جابجایی، اقتصاد دریایی را تحت تاثیر قرار خواهد داد. با توجه به این امر کیفیت سطحی پروانه‌ها در شناور اهمیت زیادی دارد. تخریب سطحی و جرم گرفتگی هر دو زبری سطح و اصطحکاک ناشی از آن را افزایش می‌دهد. خوردگی و خزه‌زدگی از عوامل موثر درتغییر کیفیت سطحی پروانه و بدنه کشتی‌ها می‌باشند. در شکل 1 اثر تخریب و خزه‌زدگی پروانه کشتی نشان داده شده‌است.

شکل 1 تخریب سطح پروانه بر اساس خزه‌زدگی و خوردگی

وقتی یک سطح تمیز در آب طبیعی( دریاها و اقیانوس‌ها) غوطه‌ور می‌شود به سرعت شروع به جذب فیلم نازکی ناشی از مواد طبیعی موجود در آب می‌کند. تشکیل این فیلم به همراه تعداد زیادی ارگانیسم وابسته به ویژگی‌های سطح اعم از میزان چسبندگی، سرعت چسبندگی و ثبات سطح  می‌باشد. تشکیل خزه فرآیندی دینامیکی می‌باشد. رشد این ارگانیسم‌های خاص وابسته به سطح جسم شناور، جغرافیا منطقه، فصول مختلف و رقابت بین موجودات می‌باشد.

چندین هزار گونه (تا 4000) مختلف از ارگانیسم‌های دریایی وجو دارند که می‌توانند باعث خزه‌زدگی سطح سازه‌های دریایی گردند. این موجودات به دو دسته میکرو و ماکرو خزه تقسیم می‌شوند. یکی از موجودات دریایی که نسبت به سایر در چسبیدن به سطح برتری دارد لجن(slime) می‌باشد. این لجن‌ها شامل موجودات تک سلولی مثل باکتری‌ها،  آغازیان(diatoms ) و تک یاختگان(protozoa) می‌باشند. این موجودات که قادر به تشکیل فیلم‌های طبیعی پیچیده هستند به نام میکروخزه شناخته می‌شوند. گروه‌ دیگری از موجودات مانند جلبک‌ها و بی‌مهرگانی مثل مرجان‌ها، اسفنج‌ها، شقایق‌ها، نیام‌داران به ماکرو جلبک‌های نرم معروف هستند و دسته دیگر که شامل بی‌مهرگانی مثل صدف‌های لباشه، صدف‌های دو کوپه و کرم‌ها می‌باشند را ماکرو جلبک‌های سخت می‌نامند. در اشکال2 و 3 بعضی از این موجودات نشان داده شده‌اند.

شکل 2 انواع موجودات دریایی

شکل ‏3 انواع موجودات دریایی

در تشکیل کلونی خزه‌ها عمدتا یک روند و مدل ثابت وجود دارد به طوری‌که ابتدا تک سلولی‌ها مثل باکتری‌ها در طول یک هفته بعد از غوطه‌وری تشکیل شده و سپس بعد از چند هفته سایر بی‌مهرگان مثل مرجان‌ها بر روی سطح پدید می‌آیند[4]. غوطه‌وری سطوح مواد بایولوژیکی غیر سمی در محیط آبی موجب تجمع هزاران گونه دریایی برای شروع زندگی می‌شود. نحوه تشکیل این تجمعات در اشکال 4 و 5 نشان داده شده‌است. در مرحله ابتدایی مولکول‌های آلی مثل پروتئین‌ها، پلی ساکاریدها و گلیکوپروتئین‌ها تشکیل می‌شوند. تجمع باکتری‌ها این اجازه را می‌دهد که سایر موجودات برای تامین غذای خود به سطوح غوطه‌ور بچسبند.

شکل 4 روند تشکیل خزه بر سطوح شناور در آب

شکل 5 نحوه چسبیدن موجودات دریایی را به بدنه کشتی 

در شکل 6 بدنه کشتی تحت تاثیر این موجودات نشان داده شده‌ است.

شکل 6 چسبندگی ماکرو خزه‌ها بر بدنه‌کشتی 

قابل مشاهده‌ترین شکل این پدیده شامل خزه‌زدگی بارناکل‌ها و جلبک‌های دریایی هستند. خزه به این شکل تشکیل می‌شوند که برای تکمیل چرخه تولید مثل خود به دنبال یک سطح سفت و محکم می‌گردند تا به آن بچسبند. به محض این‌که شی مناسب برای چسبیدن در آب دریا غوطه‌ور شود روی سطح آن خزه تشکیل می‌شود. عمومی‌ترین شکل نمونه‌های گیاهی جلبک‌های سبز مانند انترومن( اغلب به نام علف دریایی شناخته می‌شود) و جلبک قهوه‌ای مانند اکتوکارپوس(طناب مانند) می‌باشند. به همین علت تمیز کردن بدنه کشتی در زیر آب می‌تواند موجب تسریع در رشد رسوبات گیاهی گردد. به محض تکه تکه شدن گیاه یا آزاد شدن هاگ‌ها، آن‌ها شروع به رشد سریع و جدید می‌نمایند. این رشد به آن اندازه سریع است که اگر ماشین کندن چمن زنی استفاده شود روی آن شروع به رشد می‌کنند. در مورد رسوبات با منشا حیوانی بارناکل‌ها(سیریرپدیا) شناخته‌ترین حیوانات رسوب‌گذار روی بدنه کشتی هستند. از نظر ظاهری آن‌ها شبیه نرم تنان مانند صدف، حلزون، صدف خوراکی و صدف باریک(دوکفه‌ای) نیستند اما شباهت به خرچنگ و میگو دارند. پس از مدتی بارناکل‌ها به هم نوع خود می‌چسبند و به شکل کوه آتشفشان در می‌آیند. یکی از مهم‌ترین انواع ارگانیسم‌ها دریایی که مشکلات زیادی را برای سازه‌های دریایی ایجاد می‌کند همین بارناکل‌ها می‌باشند. در شکل 7 تصویر این موجود دریایی نشان داده شده‌است.

شکل 7 بارناکل ها و نحوه تکثیرآن‌ها

انواع دیگری از این موجودات دریایی در شکل 8 نشان داده شده‌است.

شکل 8 سایر موجودات دریایی تشکیل دهنده خزه 

         به طور کلی می‌توان فرآیند خزه‌زدگی را به چهار مرحله تقسیم کرد[1]:

1. خزه‌زدگی از لحظه‌ای شروع می‌شود که کشتی‌ها در آب دریا غوطه‌ور می‌شوند. این مرحله در مدت چند ثانیه اول شروع و پایداری خود را در مدت چند ساعت بدست می‌آورد.
2. مرحله دوم خزه‌زدگی با تراوش کربوهیدرات‌های لزج و چسبناک همراه است. این لعاب چسبناک موجب کاهش عملکرد کشتی‌ها می‌شوند.
3.  وجود مواد مترشحه چسبنده و زبری ناشی از کولونی‌های میکروبی نامنظم می‌تواند شرایط را برای نشست بیشتر موجودات و ذرات آماده کند. این‌ها احتمالا شامل تخم‌های جلبک‌ها، قارچ‌های دریایی و تک یاخته‌ها هستند.
4. مرحله چهارم شامل ته نشینی و نشست و رشد پوسته رسوب و علف‌های دریایی است. جلبک‌ها سبز می‌توانند تا طول 15 سانتی‌متر رشد نمایند و در یک نوار چند متری در زیر خط آبخور گسترده شوند. قشر رسوبی ممکن است شامل بارناکل‌ها، دوکفه‌ای‌ها، مرجان‌هاو کرم‌های لوله‌ای باشد.

خزه می‌تواند بیشترین خسارت را به کارآیی سازه‌های دریایی وارد کند. خزه ها باعث تخریب روکش‌های محافظتی برروی سطح سازه می‌شوند. این ارگانیزم‌ها برروی بدنه کشتی‌ها باعث افزایش اصطحکاک آب با بدنه کشتی شده و مصرف انرژی را افزایش می‌دهند. آب دریا تنها الکترولیت طبیعی است که دارای غلظت بالایی از انواع نمک‌های می‌باشد. به طور تقریبی به یک محلول 5/3 درصد وزنی کلرید سدیم شباهت دارد. آب دریا که در محیط‌های مختلف دارای ویژگی‌های متفاوتی است اثر قابل توجهی بر میزان کارایی و فعالیت پوشش‌های ضد خزه دارد. در طراحی فرمولاسیون‌ پوشش‌های ضد خزه واکنش شیمیایی با محیط دریایی نیز باید در نظر گرفته شود.

[1]      م.رسولی, “پوششهای ضد خزه دریایی,” نهمین همایش صنایع دریایی, pp. 1–19, 2008.

[2]      A. Margaillan and C. Bressy, “Fouling Release Coatings : A Nontoxic Alternative to Biocidal Antifouling Coatings Marle n,” Chem. Rev., no. January 2008, pp. 1–44, 2011.

[3]      ق.ساعت چیان, “مطالعه و بررسی فناوری های جدید جهت انتخاب پوشش ضدخزه مناسب پروانه های دریایی,” هجدهمین همایش صنایع دریایی, pp. 1–11, 2016.

[4]      J. A. Callow and M. E. Callow, “Trends in the development of environmentally friendly fouling-resistant marine coatings,” Nat. Commun., vol. 2, pp. 210–244, 2011.

[5]      T. P. Galhenage, D. Hoffman, S. D. Silbert, S. J. Stafslien, J. Daniels, J. A. Finlay, S. C. Franco, A. S. Clare, B. T. Nedved, M. G. Hadfield, E. Wendt, G. Waltz, L. Brewer, S. L. Teo, C. Lim, and D. C. Webster, “Fouling-release performance of silicone oil- modified siloxane-polyurethane coatings,” Appl. Mater. Interfaces, pp. 1–34, 2016.

[6]      R. Ciriminna, F. V Bright, and M. Pagliaro, “Ecofriendly Antifouling Marine Coatings,” Sustain. Chem. Eng., pp. 559–565, 2015.