منهجية جديدة لدراسة انبعاث الألياف المجزأة، بما في ذلك الجسيمات البلاستيكية الدقيقة، تحت ظروف الغسيل المعملية

لماذا يهم غسيلك المحيطات

في كل مرة نغسل فيها ملابسنا، تنفصل خيوط دقيقة وتهرب مع مياه الصرف. العديد من هذه الشظايا، بما في ذلك الألياف المصنوعة من البلاستيك، تنجرف إلى الأنهار والبحيرات والمحيطات، حيث قد تبتلعها الأسماك والحياة البرية الأخرى. تعرض هذه الورقة طريقة جديدة لمراقبة، بتفصيل غير مسبوق، كيف تنحنى الألياف الفردية وتُهز وفي النهاية تنكسر أثناء الغسيل. من خلال فهم القوى الفيزيائية المؤثرة، يهدف الباحثون لمساعدة المهندسين على تصميم ملابس وغسالات تطلق أليافاً أقل — وبالتالي تقليل مصدر تلوث كبير لكنه إلى حد كبير غير مرئي.

الخيوط الخفية في البيئة

لقد وُجدت ألياف المنسوجات، سواء كانت مصنوعة من البلاستيك أو من مواد متجددة مثل الريون أو من مصادر طبيعية كالقطن، في كل بيئة تم فحصها تقريباً، من أعماق المحيط إلى السواحل النائية. أصبح معروفاً الآن أن غسيل الملابس هو أحد الطرق الرئيسية التي تدخل بها هذه الألياف المجزأة إلى البيئة، مساهماً بما يُقدَّر بثلث الجسيمات البلاستيكية الأولية التي تصل إلى البحر. تهتم المعايير الاختبارية الحالية بوزن ما يتساقط من الملابس بعد الغسيل. وبينما يخبرنا ذلك بكمية المادة المنبعثة، فإنه لا يكشف كيف أو لماذا تنكسر الألياف الفردية وتنفصل عن الأقمشة في المقام الأول. وبدون ذلك الفهم الآلي، يصعب تحسين المنسوجات أو دورات الغسيل بطريقة موجهة.

بناء غسالة مصغرة شفافة

لمعالجة هذه المسألة، أنشأ المؤلفون جهازاً مختبرياً يحاكي المياه الدوامة المضطربة داخل الغسالة لكن مع تحكم أفضل بكثير. في قلب نظامهم يوجد أسطوانة شفافة من الأكريليك تحتوي على قرصين معدنيين يدوران في اتجاهين معاكسين، مما يولد تيارات دائرية قوية ومنطقة قص حادة شبيهة بالتدفق المعقد حول الملابس الدوَّارة. يُشد خيط ملون واحد — إما بوليستر لتمثيل الألياف الصناعية الشائعة، أو قطن لتمثيل الألياف الطبيعية — عبر منتصف الأسطوانة باستخدام إطار سلكي مشدود بعناية. تعزل هذه الترتيبة شُعيرة واحدة من النسيج في تدفق محدد جيداً بحيث يمكن تتبع حركتها بدقة بدلاً من فقدانها في فوضى أحمال الغسيل الحقيقية.

مراقبة الماء والألياف في آن واحد

الابتكار الرئيسي هو القياس المتزامن لحركة الماء وحركة الألياف في نفس المنطقة. يُبذر الماء بحبيبات زجاجية مجوفة صغيرة تتحرك مع التيار وتُضاء بواسطة ورقة ليزر. تلتقط كاميرا ذات سرعة عالية هذه الجسيمات المتتبعة، مما يسمح للفريق بإعادة بناء حقل سرعة الماء باستخدام تقنية تعرف بتصوير جسيمات السرعة. تُسجل كاميرا ثانية، مزودة بفلتر لوني، فقط التوهج الفلوري للخيط المصبوغ خصيصاً، متجاهلة الجسيمات. ثم تحول معالجة الصور المتقدمة وخوارزمية التدفق البصري هذه التسجيلات إلى خرائط لكيفية تحرك كل نقطة على طول الخيط وانحنائها والتواءها مع الزمن. من خلال محاذاة رؤيتي الكاميرتين، يمكن للباحثين مقارنة أنماط التدفق المحلية مباشرة باستجابة الخيط حتى مقاييس المليمتر والملّي ثانية.

ما تكشفه الألياف تحت الإجهاد

تُظهر تجارب إثبات المفهوم أن الطريقة قادرة على التمييز بين سلوك مواد مختلفة تحت نفس ظروف الشبيهة بالغسيل. كانت خيوط البوليستر تميل إلى البقاء مستقيمة نسبياً، في حين أظهرت خيوط القطن انحناءً وتشوهاً أكبر، ما يعكس صلابتها الأقل. تكشف التصورات أيضاً عن ألياف جانبية صغيرة تبرز من الخيط وتتمايل استجابةً لدوامات الاضطراب، وتدور حول نقاط اتصالها. تشير الدورانات والإنحناءات السريعة، أحياناً خلال مئات من الثانية فقط، إلى ضغوط عالية تتركز حيث يلتقي الليف بالخيط. على مدى العديد من هذه الدورات، من المتوقع أن تسبب هذه الضغوط تعباً وانكساراً تدريجياً. وبما أن حركات الماء والألياف مُكمَّة كميّاً، يمكن للفريق الآن ربط خصائص مثل قوة الدوامة أو تردد التذبذب باحتمال أن ينكسر ويتفكك ليف معين.

من البصيرة المختبرية إلى غسيل أنظف

لغير المتخصصين، الخلاصة الرئيسية هي أن هذه الطريقة الجديدة تتيح للعلماء «رؤية» كيف يتلف الغسيل الألياف في الوقت الفعلي، بدلاً من قياس ما انكسر بالفعل فقط. يفتح هذا الفهم الآلي الباب أمام حلول أذكى: تعديل سرعات الأسطوانة وأنماط تدفق الماء لتخفيف أكثر الاضطرابات إلحاقاً بالضرر، أو إعادة تصميم الخيوط والأقمشة بحيث تقل النهايات الحرة البارزة وإجهاد التعب. وعلى الرغم من أن الإعداد المختبري يبسط التعقيد الكامل للغسالات الفعلية، إلا أنه يوفر خط أساس حاسماً لاختبار كيف تؤثر المنظفات وجودة الماء وبنى المنسوجات على تساقط الألياف. في نهاية المطاف، قد تساعد مناهج مثل هذه في تقليل تلوث الألياف البلاستيكية والطبيعية عند المصدر، مما يجعل الغسيل اليومي أقل ضرراً للنظم المائية.

الاستشهاد: Palacios-Marín, Á., Palacios-Marín, A.V., Tausif, M. et al. A novel methodology to study the release of fragmented fibres, including microplastics, in laboratory washing conditions. Sci Rep 16, 11493 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41563-7

الكلمات المفتاحية: الجسيمات البلاستيكية الدقيقة, تلوث الغسيل, ألياف المنسوجات, غسالات الملابس, تدفق مضطرب