Znajdź zawartość

W ciągu ostatnich 20 lat doszło do znacznych zmian koloru oceanów. To globalny trend, którego najbardziej prawdopodobną przyczyną jest globalne ocieplenie, informują naukowcy z MIT, brytyjskiego Narodowego Centrum Oceanograficznego, University of Maine i Oregon State University. Zmiany obejmują aż 56% oceanów, czyli powierzchnię większą niż powierzchnia wszystkich lądów. Najbardziej widoczne są zmiany w obszarach równikowych, gdzie kolor wody staje się coraz bardziej zielony. Oznacza to, że dochodzi do zmian ekosystemów na powierzchni, gdyż na kolor wody wpływają żyjące w niej organizmy oraz rozpuszczone minerały. W tej chwili nie wiadomo, jakie konkretnie zmiany w ekosystemie powodują taką zmianą koloru. Naukowcy są pewni jednego – najbardziej prawdopodobną przyczyną zmian jest zmiana klimatu. Zmiany takie nie są zaskoczeniem. Współautorka badań, Stephanie Dutkiewicz z MIT od wielu lat prowadzi symulacje komputerowe, które pokazywały, że do takich zmian dojdzie. Fakt, że je teraz mogę obserwować w rzeczywistości nie jest zaskoczeniem. Ale jest to przerażające. Zmiany te są zgodne z tym, co pokazują symulacje dotyczące wpływu człowieka na klimat, stwierdza uczona. To kolejny dowód na to, jak ludzka aktywność wpływa na życie na Ziemi na wielką skalę. I kolejny sposób, w jaki wpływamy na biosferę, dodaje doktor B. B. Cael z Narodowego Centrum Oceanograficznego w Southampton. Kolor oceanu zależy od tego, co znajduje się w górnych warstwach wody. Woda głębokiej błękitnej barwie zawiera niewiele życia, a im bardziej zielona, tym więcej w niej organizmów żywych, przede wszystkim fitoplanktonu. Fitoplankton stanowi podstawę morskiego łańcucha pokarmowego. Rozciąga się on od fitoplanktonu, przez kryl, ryby, ptaki morskie po wielkie morskie ssaki. Fitoplankton absorbuje też i zatrzymuje dwutlenek węgla. Dlatego też naukowcy starają się go jak najdokładniej monitorować, by na tej podstawie badać, jak ocean reaguje na zmiany klimatu. Robią to wykorzystując satelity śledzące zmiany chlorofilu poprzez porównanie światła zielonego i niebieskiego odbijanego od powierzchni oceanów. Przed około 10 laty jedna z autorek obecnych badań, Stephanie Henson, wykazała, że potrzeba co najmniej 30 lat ciągłych obserwacji chlorofilu, by wyciągnąć wnioski na temat zmian jego koncentracji pod wpływem globalnego ocieplenia. Jest to spowodowane olbrzymimi naturalnymi zmianami oceanicznego chlorofilu rok do roku, więc odróżnienie corocznych zmian naturalnych od długoterminowego trendu powodowanego ociepleniem wymaga długotrwałych obserwacji. Z kolei przed 4 laty Dutkiewicz i jej zespół opublikowali artykuł, w którym dowiedli, że naturalne zmiany innych kolorów oceanu są znacznie mniejsze niż zmiany chlorofilu. Zatem – jak dowodzili na podstawie opracowanego przez siebie modelu – korzystając ze zmian chlorofilu i korygując je o zmiany innych kolorów, można wyodrębnić zmiany koloru powodowane ociepleniem już po 20, a nie po 30 latach obserwacji. W trakcie najnowszych badań naukowcy przeanalizowali pomiary koloru oceanów zbierane od 21 lat przez satelitę Aqua. Zainstalowany na jego pokładzie instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) przygląda się oceanom w 7 zakresach światła widzialnego, w tym w 2 tradycyjnie używanych do monitorowania chlorofilu. Naukowcy najpierw przeprowadzili analizy wszystkich kolorów w różnych regionach w poszczególnych latach. Tak badali zmiany roczne. To pozwoliło im określić naturalną zmienność dla wszystkich 7 zakresów fali. Następnie przyjrzeli się całemu światowemu oceanowi w perspektywie 20 lat. W ten sposób na tle naturalnych dorocznych zmian wyodrębnili trend długoterminowy. Chcąc się przekonać, czy trend ten może mieć związek ze zmianami klimatu, porównali go z modelem Dutkiewicz z 2019 roku. Model ten pokazywał, że znaczący trend powinien być widoczny po 20 latach obserwacji, a zmiany kolorystyczne powinny objąć około 50% powierzchni oceanów. Okazało się, że dane z modelu zgadzają się z danymi obserwacyjnymi – trend jest silnie widoczny pod 20 latach, a zmiany objęły 56% powierzchni. To sugeruje, że obserwowany trend nie jest przypadkową wariacją w systemie. Jest on zgodny z modelami antropogenicznej zmiany klimatu, mówi B.B. Cael. Mam nadzieję, że ludzie potraktują to poważnie. To już nie tylko model przewidujący, że dojdzie do zmian. Te zmiany zachodzą. Ocean się zmienia, podsumowuje Dutkiewicz. « powrót do artykułu

Kwiaty mogą przyjmować różne kształty, wielkości i kolory. Wiemy też o setkach gatunków, których kwiaty zmieniają kolor. Najczęściej robią to prawdopodobnie po to, by zasygnalizować zapylaczom, że mogą dostarczyć im nektar. Wszystkie te zmiany są jednokierunkowe. Kwiat, który raz zmienił kolor, nie wraca do poprzedniego. Łatwo więc wyobrazić sobie zdumienie profesora Hirokazu Tsukaya, który zauważył, że kolor kwiatów badanej przez niego od dziesięcioleci rośliny wielokrotnie zmieniał się, wracając do poprzedniej barwy. Uczony bada winorośl z gatunku Causonis japonica. Mimo, że studiowałem tę roślinę szczegółowo i już w 2000 roku odkryłem, że istnieją co najmniej 2 odmiany tego gatunku, dwukierunkowa zmiana koloru była dla mnie całkowitym zaskoczeniem, mówi uczony. Mój kolega, profesor Nobumitsu Kawakubo z Gifu University jest ekspertem w tworzeniu filmów poklatkowych kwitnących roślin. Wraz ze studentami obserwowali zachowanie różnych Causonis japonica, spodziewając się zauważyć, że kwiat zmienia kolor ze zwyczajowego pomarańczowego na jasny różowy. Gdy przejrzeli film nie mogli uwierzyć, że roślina nie tylko stała się z różowej z powrotem pomarańczowa, ale wielokrotnie zmieniała kolor. Poinformowali mnie o tym i rozpoczęliśmy wspólne badania, dodaje. Szczegółowe badania wykazały, że kolor pomarańczowy kwiatu związany jest z męskim cyklem rozwoju, gdy wydziela nektar. Gdy pręcik, męski organ płciowy w kwiecie, starzeje się i odpada, kwiat zmienia kolor na różowy. Kilka godzin później zaczyna dojrzewać słupek, żeński organ płciowy, wydziela nektar i kwiat znowu staje się pomarańczowy. Gdy i ten cykl się kończy, znowu zmienia kolor na różowy. Głównym związkiem chemicznym odpowiedzialnym za zmianę koloru jest karotenoid. Tempo jego akumulacji i degradacji jest tutaj najszybsze z dotychczas obserwowany. To kolejne zdumiewające okrycie, stwierdza Tsukaya. Teraz japońscy naukowcy chcą zbadać, jak działa mechanizm dwukierunkowej zmiany koloru, na jakim poziomie regulowany jest cykl, czy odpowiadają za niego proteiny czy też regulacja odbywa się na poziomie genetycznym. Kilkaset lat temu japońscy rolnicy nienawidzili tej rośliny, gdyż mocno się rozplenia. Z kolei nowelista Kyoka Izumi był nią zachwycony. Zastanawiam się, czy jego opinia nie pomogła w ochronie tego gatunku. Niezależnie od wszystkiego, cieszę się, że gatunek przetrwał i dzieli się z nami swymi tajemnicami. Ciekaw jestem, co jeszcze odkryjemy, podsumowuje uczony. « powrót do artykułu

Kolorami na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym można sterować elektrycznie, bez użycia skomplikowanych filtrów barwnych – przekonują chemicy i fizycy Wojskowej Akademii Technicznej. Badany przez nich efekt elektrooptyczny w przyszłości może znaleźć zastosowania w energooszczędnych telewizorach lub inteligentnych oknach. Na szybie inteligentnego okna można wyświetlić lagunę albo zmieniać jej barwę tak, aby nie wpuszczała zbyt wiele ciepła i pozwalała oszczędzić na klimatyzowaniu wnętrz... Takie szyby, a także telewizory o jeszcze lepszych barwach, uzyskiwanych w prostszy technologicznie sposób – to dalekie, ale możliwe zastosowania tzw. cholesteryków z ukośną helisą. Efekt sterowania ukośną helisą za pomocą pola elektrycznego bada dr inż. Mateusz Mrukiewicz. Naukowiec przywiózł tę wiedzę z Kent State University w Ohio i – jako jedyny specjalista tej dziedziny badań w Polsce – rozwija ją na Wydziale Nowych Technologii i Chemii WAT. Ciekłe kryształy mają różne fazy, czyli zmieniają się w zależności od warunków, na przykład temperatury. W telewizorach LCD została zastosowana tzw. faza nematyczna ciekłych kryształów. W tej fazie cząsteczki łatwo mogą zmieniać swoją orientację po przyłożeniu pola elektrycznego. Chiralne fazy ciekłokrystaliczne skręcają światło spolaryzowane. Naukowcy znaleźli jednak sposób uzyskiwania cząsteczek skręconych w prostej fazie nematycznej. Są to chiralne nematyki. Ich zastosowanie w tej właśnie prostej fazie mogłoby bardzo obniżyć koszty urządzeń takich jak wyświetlacze. Skręcone (chiralne) ciekłe kryształy odbijają światło. Nazywa się to efektem selektywnego odbicia. Przez wiele lat nie można było jednak sterować kolorami, czyli długością fali odbitego światła za pomocą pola elektrycznego. Efekt był niemożliwy do osiągnięcia bez użycia skomplikowanej technologii. Jeszcze dziesięć lat temu materiał odbijał tylko światło o danej długości fali – czyli na przykład tylko światło zielone. I, jeżeli chcieliśmy uzyskać światło czerwone, musieliśmy podgrzać ten materiał albo zmodyfikować go chemicznie. Nie mogliśmy tego zrobić w sposób natychmiastowy. Nie było po prostu takich materiałów, w które pozwalałyby uzyskać w bardzo prosty sposób barwy od ultrafioletu aż do podczerwieni – tłumaczy dr inż. Mrukiewicz. Około 2010 r. stworzono nową klasę materiałów ciekłokrystalicznych o kształcie wygiętym, przypominającym banany. W mieszaninach tych molekuł uzyskano strukturę sprężyny, zwanej fachowo ukośną helisą. Wcześniej nie dało się tą sprężyną sterować. Dziś naukowcy potrafią ją naciskać i rozciągać. Zmieniając pole elektryczne przykładane do takiego materiału można sterować kolorem odbitego światła. Efekt sterowania ukośną helisą w nowych materiałach odkryto dopiero w 2015 roku w amerykańskim ośrodku, gdzie pracował dr Mrukiewicz. Obecnie, w materiałach wytwarzanych w WAT badacze sterują odbiciem światła za pomocą pola elektrycznego, można powiedzieć – za pomocą baterii. Uzyskują w ten sposób bardzo szeroki zakres – od promieniowania UV do podczerwieni. Nowe materiały muszą jak najszybciej „przełączać się” na różne barwy. Naukowcy chcą, żeby efekt był jak najszybszy – po to, żeby można go było zastosować. Na razie ten czas jest zbyt długi i silnie zależy od temperatury – potrzebna jest bardzo wysoka. Pokonanie tej bariery znacznie skróci czas reakcji takiego ośrodka. Dr Mrukiewicz zmniejszył temperaturę przejścia fazowego w ciekłym krysztale i tak dobrał skład mieszaniny, żeby można było ten efekt uzyskać w temperaturze pokojowej. Naukowiec prowadzi również badania dotyczące sterowania kolorem za pomocą światła UV oraz ustala, jaki wpływ na odbity kolor ma kierunek wiązki padającego światła. Grupa chemiczna tworzy materiały, mieszając różnego rodzaju molekuły prętopodobne i zgięte. Grupa fizyków bada przejścia fazowe i właściwości elektrooptyczne nowych materiałów za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego oraz spektrofotometrów. To dopiero początkowy etap badań podstawowych. W dalszej przyszłości w nowej generacji telewizorach LCD kolor mogłyby wytwarzać piksele sterowane elektrycznie, bez obecnie stosowanych skomplikowanych filtrów barwnych. Nowe wyświetlacze ciekłokrystaliczne zużyłyby mniej energii, wyświetlając pełną gamę barw. « powrót do artykułu

Inżynierowie z MIT i Penn State University odkryli, że w odpowiednich warunkach krople zwykłej czystej wody umieszczone na przezroczystym podłożu tworzą żywe kolory bez dodatku atramentów czy tuszy. W artykule opublikowanym na łamach Nature uczeni informują, że na powierzchni pokrytej mgiełką z kropli wody oświetlonych pojedynczą lampą można uzyskać żywe kolory pod warunkiem, że wszystkie krople są tych samych rozmiarów. Mamy tutaj do czynienia z iryzacją, która zachodzi gdy światło wchodzi w interakcje ze strukturą geometryczną obiektu. Amerykańscy naukowcy stworzyli model, który pozwala przewidzieć, jaki kolor uzyskamy z danej kropli w zależności od jej struktury i warunków. Model ten może zostać wykorzystany do projektowania papierków lakmusowych bazujących na niewielkich kroplach czy do tworzenia zmieniających kolor tuszy i barwników używanych w produktach kosmetycznych. Syntetyczne barwniki używane w produktach konsumenckich w celu uzyskania żywych barw mogą nie być tak bezpieczne dla zdrowia, jak powinny. Użycie niektórych z nich jest mocno ograniczone, dlatego też przemysł poszukuje innych możliwości produkcji barwników, mówi Mathias Kolle, profesor z MIT. W ubiegłym roku Amy Goodling i Lauren Zarzar z Penn State badały przezroczyste krople wykonane z mieszanin olejów o różnej gęstości. Obserwowały ich interakcje na szalce Petriego. W pewnym momencie zauważyły, że krople są zadziwiająco błękitne. Zrobiły więc zdjęcie i wysłały do profesora Kolle z pytaniem, skąd się bierze taki kolor. Uczony początkowo sądził, że ma do czynienia z rozpraszaniem, podobnym do tego, które tworzy tęczę. Jednak krople nie były sferami ale półsferami na płaskiej powierzchni. Okazało się, że mamy do czynienia z innym zjawiskiem. Półsfery łamią symetrię, a wklęśnięta powierzchnia sfer powoduje, że pojawia się zjawisko nieobecne w idealnych sferach – całkowite wewnętrzne odbicie (TIR). Po trafieniu do wnętrza półsfery światło może odbić się kilkukrotnie, a sposób, w jaki promienie wchodzą w interakcje podczas opuszczania półsfery decyduje o tym, czy uzyskamy kolor czy nie. Na przykład dwa promienie białego światła wchodzące i wychodzące z półsfery pod tym samym kątem mogą w jej wnętrzu odbijać się zupełnie inaczej. Jeśli jeden z nich odbije się trzy razy, będzie miał dłuższą drogę niż ten, który odbije się dwukrotnie, zatem opuści półsferę nieco później. Jeśli dojdzie do interferencji, to różnica faz spowoduje, że zobaczymy kolor, a zjawisko to będzie znacznie silniejsze w mniejszych niż w większych kroplach. Uzyskany kolor zależy też od struktury półsfer, na przykład od ich rozmiaru i krzywizn. Naukowcy stworzyli matematyczny model, pozwalający im przewidzieć, jaki kolor otrzymają w danych warunkach, a następnie przetestowali go w laboratorium. Na szalce Petriego stworzyli cały zbiór kropli o identycznych rozmiarach, a następnie oświetlili je pojedynczym promieniem białego światła. Następnie całość rejestrowali za pomocą kamery, która krążyła wokół szalki. Zaobserwowali dzięki temu jak zmieniają się kolory w miarę zmiany kąta obserwacji. W ramach innego eksperymentu stworzyli na szalce krople o różnych rozmiarach i sprawdzali, jaki ma to wpływ na kolor. Okazało się, że w miarę jak kropla była coraz większa uzyskany kolor był coraz bardziej czerwony, ale po przekroczeniu pewnej granicy wielkości kropli powracał do niebieskiego. To zjawisko, które było zgodne z modelem teoretycznym, gdyż im większa kropla tym większe przesunięcie faz promieni światła. Ponadto sprawdzono też wpływ krzywizn kropli na kolor. Różne krzywizny uzyskano umieszczając krople na mniej lub bardziej hydrofobowych podłożach. Co jednak najbardziej interesujące z punktu widzenia praktycznych zastosowań, uczeni uzyskali podobne efekty w stałym materiale. Wydrukowali krople o różnych kształtach, wielkościach i z różnego rodzaju przezroczystych polimerów, a po poddaniu ich działaniu promieni światła okazało się, że również i w ten sposób można uzyskiwać żywe kolory.   « powrót do artykułu

Zmiany klimatyczne w znaczący sposób wpłyną na fitoplankton w oceanach, a z najnowszych badań przeprowadzonych na MIT dowiadujemy się, że w nadchodzących dekadach spowoduje to zmianę koloru wód oceanicznych. Zwiększy się nasycenie kolorów w obszarach niebieskich i zielonych. Zmiany będą tak duże, że będzie można obserwować je na zdjęciach satelitarnych, dzięki czemu satelity posłużą jako system wczesnego ostrzegania przed zachodzącymi na dużą skalę zmianami w ekosystemie morskim. Uczeni poinformowali na łamach Nature Communications, że stworzyli globalny model wzrostu i interakcji różnych gatunków fitoplanktonu spowodowanych zmianami w temperaturze. Specjaliści symulowali też sposób, w jaki fitoplankton pochłania i odbija światło oraz jak w związku z tym zmieni się kolor wód oceanicznych. Przeprowadzona symulacja, która obejmuje okres do końca bieżącego wieku, wykazała, że do roku 2100 ponad 50% powierzchni oceanu będzie miało inny kolor niż obecnie. Obszary, które są obecnie błękitne, jak np. regiony subtropikalne, staną się jeszcze bardziej błękitne, co oznacza, że będą miały jeszcze mniej fitoplanktonu, a więc i jeszcze mniej życia, niż obecnie. Należy spodziewać się, że obszary zielone, na przykład wody polarne, staną się jeszcze bardziej zielone. Rosnące temperatury spowodują, że będzie tam więcej fitoplanktonu i stanie się on bardziej zróżnicowany. Na pierwszy rzut oka zmiany nie będą duże. Ocean nadal będzie wyglądał podobnie jak obecnie. Będzie błękitny w obszarach subtropikalnych i zielony w tropikalnych oraz na biegunach. Podstawowy wzorzec zostanie zachowany. Jednak różnice będą na tyle duże, że wpłyną one na cały łańcuch pokarmowy, który jest uzależniony od fitoplanktonu, mówi główna autorka badań Stephanie Dutkiewicz. Kolor oceanu zależy od tego, w jaki sposób światło słoneczne wchodzi w interakcje z wodą. Molekuły wody absorbują niemal całe światło, z wyjątkiem błękitu, który jest odbijany. Zatem im mniej życia w danym obszarze oceanu, tym bardziej jest on błękitny. Jeśli zaś w wodzie znajdują się organizmy żywe, mogą one absorbować i odbijać fale światła o innych długościach. Na przykład fitoplankton, który zawiera chlorofil, absorbuje głównie światło niebieskie. Tak więc wody oceaniczne bogate w fitoplankton mają kolor zielony, gdyż ten zakres fal jest odbijany. Od końca lat 90. satelity prowadzą ciągły monitoring koloru wód oceanów. Uzyskane dane służą do oceny rozprzestrzenienia fitoplanktonu. Dutkiewicz zastrzega, że zmiany w rozkładzie fitoplanktonu nie muszą być spowodowane wyłącznie globalnym ociepleniem. Obserwowane są też naturalne zmiany związane z wzorcami pogodowymi. Na przykład podczas zjawisk El Niño i La Niña dochodzi do dużych zmian w fitoplanktonie powodowanych zmianami w ilości składników odżywczych w oceanach. Z powodu tych dużych, naturalnych zmian, które mają miejsce co kilka lat, trudno jest jednoznacznie stwierdzić, patrząc na sam chlorofil, za które zmiany odpowiada globalne ocieplenie, mówi uczona. Dlatego też uczeni z MIT stworzyli nową technikę, za pomocą której badali nie tylko światło odbite od powierzchni oceanów, ale cały bilans świetlny, sprawdzając, jakie długości fal zostały odbite, a jakie pochłonięte w zależności od rodzaju organizmów żyjących w oceanie. Światło słoneczne dociera do oceanu i jest absorbowane przez wszystko, co jest w wodzie. Różne organizmy w różny sposób je rozpraszają, odbijają i pochłaniają. To bardzo złożony proces, mówi Dutkiewicz. Gdy nowy model porównano z dotychczas zebranymi danymi okazało się, że trafnie potrafi przewidzieć on rozwój sytuacji. Uczeni przeprowadzili więc symulacje, zakładające, że do roku 2100 średnia globalna temperatura wzrośnie o 3 stopnie Celsjusza. Chlorofil się zmienia. Jednak nie można tego zobaczyć ze względu na jego dużą naturalną zmienność. Jednak widoczny jest znacząca, powiązana z ocieplaniem klimatu, zmiana w niektórych zakresach fal światła. Możemy ją śledzić na danych satelitarnych, dodaje uczona. Do końca XXI wieku na 50% oceanów dojdzie do zauważalnej zmiany koloru. To będzie potencjalnie olbrzymia zmiana. Różne typy fitoplanktonu w różny sposób absorbują światło, a jeśli wskutek zmiany klimatu jeden typ fitoplanktonu zostanie zastąpiony innym, to zmieni się cały łańcuch pokarmowy, dodaje. « powrót do artykułu