Znajdź zawartość

Co robią zmiennocieplne komary, by nie przegrzać się w wyniku spożycia dużych ilości gorącej krwi gatunków stałocieplnych? Ronią kilka kropli cennej cieczy. Nie tylko żywią się więc krwią, ale i urządzają sobie krwawe orzeźwiające kąpiele. Podczas żerowania na ciepłokrwistym gospodarzu, np. człowieku, komary połykają w krótkim czasie duże ilości gorącej krwi. Zamierzaliśmy ustalić, do jakiego stopnia owady narażają się na ryzyko przegrzania - opowiada Claudio Lazzari z Université François Rabelais. I czemu pozbywają się świeżej krwi, która jest cennym i niebezpiecznym w pozyskiwaniu pokarmem. Intuicyjnie naukowcy z Tours zakładali, że chodzi o chłodzenie, ponieważ choć ciepłota ciała owadów zależy od temperatury otoczenia, to np. pszczoły i mszyce potrafią ją kontrolować za pomocą kropli nektaru czy soku roślin. Lazzari i Chloé Lahondère posłużyli się termowizorem. Dzięki temu mogli zaobserwować różnice w temperaturze części ciała komara w czasie żerowania. Okazało się, że temperatura głowy była niemal taka sama jak temperatura jedzonej krwi, jednak pozostałe części owada miały właściwie temperaturę otoczenia. Gdy komary pożywiały się wodą z cukrem, nie zaobserwowano ani różnic w temperaturze (heterotermii), ani chłodzenia wyparnego. Blokowanie lub opóźnianie sekrecji cieczy może mieć dwojakiego rodzaju wpływ na fizjologię komarów [autorzy raportu wspominają o równowadze wodnej i termicznej]. Pośrednio oddziałuje to na mikroorganizmy [zarodźce] przenoszone przez komary; chodzi o modyfikację środowiska termicznego, z jakim się stykają. Chronione są zatem owady oraz pasożyty (pierwotniaki) i symbionty. Francuzi podkreślają, że owady żywiące się krwią znajdują się w wyjątkowej sytuacji, bo przeżywają stres cieplny przy każdym posiłku. Podczas gdy inne owady tylko od czasu do czasu muszą się przenieść w chłodniejsze miejsce czy dostosować utratę wody. U pożywiających się krwią komarów krople cieczy pojawiają się i są utrzymywane w tylnej części odwłoka.

Płynne perły to spełnienie marzeń pewnego szefa kuchni, przedstawiciela gastronomii molekularnej, który chcąc zamknąć smaki w osobnych przedziałach, poprosił o pomoc fizyków. Odpowiadając na jego zapotrzebowanie, naukowcy stworzyli pokryte elastyczną błoną hydrożelową kapsułki z płynnym rdzeniem. Co ważne, pomysł ten przyda się nie tylko w kuchni, ale i podczas leczenia nowotworów. Nicholas Bremond i jego zespół z ESPCI ParisTech porównują swoje dzieło do rybiej ikry. Na początku kroplę cieczy powleka się cienką warstwą kwasu alginowego (wchodzi on w skład ścian komórkowych wielu alg i trawy morskiej), która ulega zżelowaniu po zanurzeniu w kąpieli z roztworu chlorku wapnia z dodatkiem detergentu. Błonka jest bardzo cienka - jej grubość mierzy się w mikrometrach. Francuzi podkreślają, że by powstał film, przed zżelowaniem należy wyeliminować mieszanie. Bez detergentu powłoka także miałaby postać żelu, ale szybko zlałaby się z zawartością kapsułki. Substancja powierzchniowo czynna prowadzi do czasowego utwardzenia, które ogranicza niestabilność związaną ze ścinaniem podczas zderzenia. Bremond i inni uważają, że w hydrożelowej powłoce da się zamknąć dowolną ciecz. Dzięki temu prostemu zabiegowi można by badać wzrost i zdolność przeżycia mikroorganizmów czy komórek nowotworowych w różnych trójwymiarowych środowiskach. Ponieważ błona jest przepuszczalna, do wnętrza dostarczano by np. leki.

Inżynierowie skonstruowali wiskozymetr, czyli urządzenie do badania lepkości różnych cieczy, np. keczupu i kosmetyków, które można włączyć do linii produkcyjnej. Jak tłumaczą wynalazcy z Uniwersytetu w Sheffield, wdrożona technologia pozwala monitorować w czasie rzeczywistym, jak lepkie składniki cieczy zmieniają się w trakcie poszczególnych etapów wytwarzania. Dzięki temu można zachować wszystkie pożądane parametry. Zakłady wytwarzające ciekłe produkty muszą wiedzieć, jak ciecze będą się zachowywać w różnych warunkach, ponieważ te rozmaite zachowania mogą wpłynąć na teksturę, smak, a nawet zapach produktu - tłumaczy dr Julia Rees. Lepkość większości cieczy zmienia się w różnych warunkach i projektanci często posługują się skomplikowanymi równaniami, które pozwalają wnioskować o charakterze tych zmian. Z nowo opracowanym systemem czujników, przez który ciecz po prostu przepływa, zadanie staje się o wiele prostsze. Na podstawie danych z czujników urządzenie wylicza zakres prawdopodobnych zachowań. Firmy pracujące nad nowymi produktami będą mogły włączyć urządzenie do procesu, co oznacza, że nie trzeba będzie pobierać próbek i przeprowadzać na nich kosztownych testów laboratoryjnych. Pozwoli to obniżyć koszty i zwiększyć wydajność produkcji. System będzie można skalować. Twórcy wspominają nawet o wersjach dla mikrochipów z kanalikami o średnicy ludzkiego włosa. Takie rozwiązanie sprawdzi się, gdy producenci czy naukowcy będą dysponować minimalną ilością cieczy (np. z próbek biologicznych). Ponieważ mikroreometr pracuje w czasie rzeczywistym, gdy zostaną wykryte wady produkcyjnie, nie będzie się marnować czasu, materiałów ani energii - podkreśla współpracownik Rees prof. Will Zimmerman. Zespół Rees stworzył na razie laboratoryjny prototyp. Trwają prace nad ulepszeniem technologii i uzyskaniem prototypu projektowego.

Wzorując się na liściach pułapkowych dzbaneczników, inżynierowie stworzyli materiał niezwilżalny w stosunku do niemal każdej cieczy, także olejów i krwi. Co więcej, sprawdza się on nawet w ciężkich warunkach, tj. przy wysokim ciśnieniu czy temperaturach zamarzania. Wcześniej naukowcy koncentrowali się na liściach lotosu, które zainspirowały serię materiałów superhydrofobowych. Nie sprawdzały się one jednak w przypadku cieczy organicznych lub złożonych, które mają niższe napięcie powierzchniowe niż woda i pod wpływem lekkiego nacisku zaczynają wsiąkać w powierzchnię. Sytuacja nie była patowa, wystarczyło bowiem poszukać innego przykładu z natury, by z łatwością rozwiązać ten problem. Jak wyjaśnia prof. Joanna Aizenberg ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Harvarda, na liściach pułapkowych dzbaneczników znajdują się drobne guzki utrzymujące na miejscu warstwę wody, która oddziałuje na cząsteczki oleju (chodzi o oddziaływania między cząsteczkami polarnymi i niepolarnymi). W takiej sytuacji tłuszcze pokrywające stopy owadów nie na wiele się zdają i ofiara wpada wprost do soków trawiennych drapieżnej rośliny. Zespół z Harvardu uważa, że nowy materiał znajdzie zastosowanie w transporcie paliw, technologiach zapobiegania oblodzeniu i porastaniu kadłubów statków czy w procedurach związanych z wykorzystaniem cieczy biomedycznych (np. w cewnikach). Zainspirowani przez dzbaneczniki, opracowaliśmy nową powłokę, która przewyższa swoje naturalne i syntetyczne odpowiedniki, oferując proste i wszechstronne rozwiązanie w zakresie repelencji cieczy i ciał stałych – podkreśla Aizenberg. W przypadku lotosu wodoodporność jest skutkiem specyficznego ukształtowania powierzchni liści. Tworzą się poduszki powietrzne, na których skrapla się woda. Efekt lotosu zanika jednak, gdy powierzchnia jest uszkodzona albo działają ekstremalne warunki. Wtedy krople przylegają do niej albo wsiąkają, zamiast spływać. Poza tym okazało się, że wyprodukowanie materiałów wzorowanych na lotosie jest drogie i trudne. Dzbaneczniki nie bazują na wypełnionych powietrzem nanozadziorach. Na powierzchni liścia pułapkowego tworzy się po prostu warstwa wody. Tak-Sing Wong z laboratorium Aizenberg porównuje sytuację owada do samochodu wpadającego w poślizg na drodze pokrytej cienką warstewką deszczówki. Biorąc przykład z rośliny, Amerykanie zaprojektowali nanoporowaty materiał, pokryty cieczą spełniającą funkcję smaru. Nadano mu nazwę SLIPS (od Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces). SLIPS wykazuje praktycznie zerową retencję, gdyż potrzeba bardzo drobnego przechylenia, by ciecz lub ciało stałe zaczęło się ześlizgiwać i odpadło od powierzchni – twierdzi Aizenberg. Ciecz w takiej roli ma jeszcze jeden duży plus. Jest właściwie [idealnie] gładka i wolna od defektów. Nawet gdy uszkodziliśmy próbkę, rysując ją nożem, powierzchnia niemal natychmiast się naprawiała i właściwości "odstraszające" zostały zachowane. W odróżnieniu od lotosu, SLIPS można wyprodukować w wersji przezroczystej, przez co jest on idealny do celów optycznych i w aplikacjach samoczyszczących – dodaje Wong. Akademicy ujawniają, że efekt bliski wyeliminowania tarcia utrzymuje się także w trudnych warunkach: przy wysokim ciśnieniu (675 atmosfer, co odpowiada zanurzeniu na głębokość 7 km), wilgotności i niskich temperaturach. Zespół przeprowadził eksperyment na zewnątrz podczas burzy śnieżnej i SLIPS zapobiegał osadzaniu lodu. Do produkcji SLIPS można wykorzystać jakikolwiek porowaty materiał. Nawet mrówki się na nim ślizgają, całkiem jak na naturalnym wzorcu z dzbanecznika. Obecnie trwa proces patentowania wynalazku.

Posługując się urządzeniem mikrostrumieniowym, prof. Roger Kamm, William Polacheck i Joseph Charest z MIT-u wykazali, że kierunek przepływu płynów przez tkanki określa prawdopodobieństwo rozprzestrzeniania się nowotworu. Wiedząc to, w przyszłości lekarze będą mogli i zmniejszyć ryzyko powstawania przerzutów. Naukowcy chwalą się, że niemal tak samo ważny, jak ich odkrycia jest stworzony na potrzeby eksperymentu trójwymiarowy system mikrostrumieniowy. Podczas gdy wcześniejsze badania bazowały na wizualizowaniu pojedynczych komórek w sztucznym środowisku pozakomórkowym, urządzenie zespołu z MIT-u pozwala stwierdzić, jak komórki oddziałują z tkanką, która naśladuje naturalną tkankę piersi. Na rynku nie ma obecnie ani jednego leku, który działałby w oparciu o to, jak komórki nowotworowe odrywają się od pierwotnego guza, dostają się do układu krążenia, migrują i tworzą wtórny guz. Takie właśnie procesy możemy symulować w naszym systemie mikrostrumieniowym – podkreśla Kamm. Zaczynając badania, Amerykanie wiedzieli, że wskutek ciągłego wzrostu guz prowadzi do wytworzenia wysokiego ciśnienia cieczy w otaczających tkankach. To z kolei skutkuje odpływem cieczy z samego guza. Melody Swartz, która kiedyś współpracowała z Kammem, a później przeniosła się do École Polytechnique Fédérale de Lausanne, odkryła, że wskutek tego odpływu ligandy wydzielane przez guz wybiórczo wiążą się z receptorami w części komórki znajdującej się przy głównym nurcie. Dochodzi do wytworzenia asymetrii, co ostatecznie sprawia, że komórki zaczynają migrować z nurtem. Gdyby na tym wszystko się kończyło, perspektywy byłyby niezbyt zachęcające. Oznaczałoby to bowiem, że komórki nowotworowe szybko dostaną się do układu krążenia. Polacheck i Kamm zauważyli jednak, że zjawiska zaobserwowane przez Swartz to tylko jedna strona medalu. Ich urządzenie składa się dwóch kanałów, oddzielonych od siebie warstwą żelu z pojedynczymi komórkami, czyli macierzą, w której zachodzi przepływ cieczy. Podczas eksperymentów z komórkami raka sutka zespół zauważył, że komórki nowotworowe poruszają się pod prąd. Na początku zaczęto kwestionować spostrzeżenia Swartz, ale później okazało się, że w grę wchodzą dwa konkurujące ze sobą mechanizmy. Jednym z nich jest autologiczna chemotaksja dodatnia, która zachodzi przy niskim zagęszczeniu komórek lub pod wpływem aktywacji receptora CCR7 (receptora chemokin z podrodziny C-C typu 7.). Chemotaksja prowadzi do migracji z prądem, gdyż stężenie ligandów jest wyższe po stronie komórki przy głównym nurcie. Drugi mechanizm działa przy dużym zagęszczeniu komórek, np. wokół rosnącego guza, albo wtedy, gdy receptor CCR7 jest zablokowany. Włącza się on, kiedy płyn przepływający obok komórki aktywuje receptory integrynowe. Wskutek tego rozpoczyna się migracja pod prąd. Firmy farmaceutyczne mogą wykorzystać te informacje, by skupić się na stworzeniu leków blokujących receptory CCR7, co zapobiegłoby migracji w stronę układu krwionośnego i prowadziłoby do uwięzienia guza.

Parzenie herbaty wydaje się zwykłą codzienną czynnością, jednak i wtedy może dochodzić do ważnych naukowych odkryć. Przygotowując napar z ostrokrzewu paragwajskiego (yerba mate), zespół prof. Ernesta Althsulera z Uniwersytetu w Hawanie odkrył proces odpowiadający za napływ liści do czajnika, z którego nalewa się wodę. Susz nie zostaje wpompowany, za jego poruszaniem się pod prąd musi więc stać coś innego. Yerba mate przygotowuje się, wlewając do naczynia (mate lub guampa) ostudzoną wodę. Liście i łodyżki unoszą się zazwyczaj na powierzchni, jednak część przemieszcza się pod prąd i trafia do czajnika. Gdy Kubańczycy powtórzyli czynności z wykorzystaniem sproszkowanej kredy, dalej obserwowali to samo. Dopóki odległość między dzióbkiem a powierzchnią wody w naczyniu była mniejsza niż 1 cm, część cząstek napływała do czajnika. Już wcześniej naukowcy zaobserwowali wiry powstające w czasie poziomego przepływu cieczy. Odpowiadają one za przepływ w kierunku odwrotnym do głównego nurtu wzdłuż brzegów naczynia/kanału. Altshuler, S. Bianchini i A. Lage-Castellanos uważają jednak, że podobne wiry powstają również w wodzie spadającej z czajnika. Zjawisko można wyjaśnić m.in. efektem Marangoniego (przepływem wywołanym gradientem napięcia powierzchniowego), ponieważ w miarę jak rośnie liczba listków/cząstek kredy unoszących się na powierzchni cieczy, w dolnym naczyniu spada napięcie powierzchniowe. By wiry przeciwstawne zadziałały, należy pamiętać, żeby strumień wody z czajnika nie był zbyt długi w stosunku do swej szerokości. Inaczej zachodzić będzie przepływ laminarny (uwarstwiony), który charakteryzuje się dużą przewagą sił lepkości nad siłami bezwładności. Naukowcy komentujący wstępne doniesienia Kubańczyków podkreślają, że do ostatecznej oceny ich koncepcji konieczne jest ujawnienie większej ilości danych.

Inżynierowie Dave Petrillo i Dave Jackson, byli sąsiedzi i koledzy z klasy, opracowali przypominające ziarenko kawy urządzenie ze stali nierdzewnej, które po wrzuceniu do małej czarnej lub innego napoju, najpierw go schładza, a potem nawet przez 5 godzin utrzymuje stałą temperaturę rzędu 60°C. Początkowo Coffee Joulies działa jak radiator. Absorbuje ciepło z otaczającej go cieczy, aż temperatura spadnie do wspomnianych wcześniej sześćdziesięciu stopni. W tym momencie tajemniczy składnik urządzenia ulega stopieniu i ciepło zaczyna być uwalniane do cieczy. Proces ogrzewania kończy się, gdy kończy się jego zestalanie. Amerykanie przez 8 miesięcy pracowali nad koncepcją swojego produktu. Po ukończeniu prototypu, powstała już pierwsza ręcznie wytwarzana partia Coffee Joulies. Co oczywiste, panowie nie zdradzają, co dokładnie znajduje się w stalowej powłoce. Wiadomo tylko, że to nietoksyczny materiał ulegający przemianie fazowej (w skrócie PCM - phase change material). W ziarenku wykorzystuje się taką samą stal jak w sztućcach, a skoro można mieszać łyżeczką gorący napój, można też wrzucić do kawy Coffee Joulies. Na razie nikt nie próbował udzielić odpowiedzi na pytanie, czy wynalazek Petrillo i Jacksona sprawdzi się również przy chłodzeniu napojów, zastępując kostki lodu, ale nie wydaje się to prawdopodobne. http://www.youtube.com/watch?v=JRpfYAaMRIE

Od lat 30. XIX wieku biolodzy myśleli, że wiedzą, jak kolibry jedzą. Jak się okazuje, mylili się. Ptaki miały zawisać przed kwiatami, wsuwać do ich wnętrza język i pobierać pokarm dzięki zjawiskom kapilarnym. Problem polegał jednak na tym, że aż do teraz przez ponad 180 lat nikt przetestował tej hipotezy, przyjmując ją za pewnik (Proceedings of the National Academy of Sciences). Alejandro Rico-Guevara, absolwent University of Connecticut, posłużył się szybką kamerą o wysokiej rozdzielczości. W ten sposób wykazał, że nie chodzi o zjawiska kapilarne, a koliber zbiera ciecz, drastycznie zmieniając kształt języka. Kolibry są małe, szybkie i żerują na kwiatach, do których wnętrza trudno zajrzeć. Te 3 czynniki utrudniały, a nawet uniemożliwiały obserwację kolorowych ptaków przed wprowadzeniem do badań nowoczesnych technologii. W XIX wieku biolodzy zaproponowali teorię, zgodnie z którą kolibry mogą pić nektar dzięki umięśnionemu językowi, podzielonemu na końcu na 2 rurki. Ciecz napływa do nich dzięki zjawiskom kapilarnym (niektórzy porównują to do nasiąkania gąbki wodą). Wszystko tłumaczono działaniem sił przyciągających ciecz do wewnętrznej powierzchni rurek. Koncepcja wzbudzała kontrowersje, ale trudno ją było przetestować, dlatego została ostatecznie zaakceptowana. Gdy naukowcy zaczęli już używać programów komputerowych do modelowania natury, grupa biologów doszła przy wykorzystaniu teorii zjawisk kapilarnych do wniosku, że kolibry powinny woleć wodniste nektary od gęstszych cieczy. W tym momencie Rico-Guevara zaczął mieć wątpliwości, bo niektóre gatunki tych ptaków gustują w rzeczywistości w gęstych nektarach. Nie chcieliśmy po prostu zaakceptować treści doniesień. Zjawiska kapilarne wydawały się możliwe, ale to na pewno nie całość wyjaśnienia. Prof. Margaret Rubega, która nadzorowała prace Rico-Guevary, podkreśla, że największym wyzwaniem było znalezienie sposobu na zajrzenie do jamy gębowej kolibra. Rico-Guevara prowadził eksperymenty na 30 gatunkach kolibrów, z których wiele żyło w kolumbijskiej części Andów. Biolog filmował ptaki jedzące z podajników nektaru o przezroczystych ściankach. Dzięki temu mógł cały czas widzieć ich język. Okazało się, że w kontakcie z cieczą rurki oddzielały się od siebie, przez co przypominały one rozwidlony język węża. Rurki wyciągały się, eksponując cienkie blaszki, które wychwytywały nektar, a następnie kurczyły, pociągając ze sobą ciecz do jamy gębowej ptaka. Naukowiec sądzi, że jego spostrzeżenia odnoszą się nie tylko do kolibrów, ale i do innych pijących nektar ptaków. Niewykluczone też, że wyniki jego badań zostaną wykorzystane przez inżynierów. Nowo odkryty mechanizm nie wymaga bowiem dostarczania energii i bazuje na zmianach ciśnienia oraz interakcjach między ptasim językiem i otaczającymi go płynami. http://www.youtube.com/watch?v=qVOhuCl7DDE

W grobowcu w pobliżu miasta Xi'an chińscy archeolodzy odkopali zapieczętowany garnek z brązu, w którym znajdował się płyn i kości. Wszystko wskazuje na to, że znaleziono zupę sprzed 2400 lat. Danie zzieleniało w wyniku utleniania stopu. Wykopaliska prowadzono w ramach przygotowań do rozbudowy miejscowego lotniska. W chińskiej historii archeologicznej to pierwszy przypadek odkrycia zupy na kościach. Znalezisko będzie odgrywać ważną rolę w badaniu zwyczajów żywieniowych i kultury w Okresie Walczących Królestw (475–221 p.n.e.) – powiedział mediom Liu Daiyun z Instytutu Archeologii Prowincji Shaanxi. W innym naczyniu z brązu natrafiono na bezwonną ciecz, najprawdopodobniej wino. W grobowcu pochowano posiadacza ziemskiego lub niskiego rangą oficera. Być może w przyszłości turyści zwiedzające te rejony będą mogli podziwiać nie tylko słynną Armię Terakotową, Wieżę Bębna czy zabytkową dzielnicę muzułmańską, ale i umieszczone w muzealnych gablotach sagany sprzed wielu wieków.

Pracując w odległych rejonach Niziny Amazonki na północ od Manaus, naukowcy wyizolowali wytworzone w ramach ekosystemu lasu deszczowego cząstki aerozolu atmosferycznego, które są stosunkowo wolne od wpływu człowieka. Studium opublikowano w piśmie Science. Aerozole atmosferyczne odgrywają bardzo ważną rolę. Mogą szkodzić naszemu zdrowiu, a także kształtować klimat, pochłaniając lub odbijając promieniowanie słoneczne i oddziałując na proces tworzenia chmur. Wyniki zespołu prof. Scota Martina z harvardzkiej Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych mogą pomóc w stworzeniu modelu, który pokaże, jak zmiany w obrębie Niziny Amazonki wpłyną na regionalną i globalną atmosferę. Martin wyjaśnia, że zanim powietrze dotarło do aparatury badawczej, w ciągu 2 dni pokonało 1600 km. By uniknąć skażenia, eksperymenty prowadzono w środkowej Amazonii podczas trwającej od stycznia do marca pory deszczowej. Okresy pożarów i wycinki przypadają na porę suchą, w dodatku mają miejsce głównie w części południowej. Naukowcy pobierali próbki ze szczytu 40-metrowej wieży. Okazało się, że najbardziej istotne dla amazońskiego klimatu cząstki submikroskopowe można wywieść od atmosferycznego utleniania emitowanych przez rośliny lotnych związków organicznych (w ten sposób powstają wtórne aerozole organiczne). Takie izolowane cząsteczki udało się zaobserwować po raz pierwszy. Kiedy pobierasz cząstki na półkuli północnej i w innych rejonach antropogenicznych, [...] widoczne jest zanieczyszczenie sadzą, azotanami itp. Na dziewiczej Nizinie Amazonki naukowcy wykryli w centymetrze sześciennym kilkaset cząstek aerozolu (cieczy i ciał stałych, czyli pyłów), podczas gdy na terenach wysoce uprzemysłowionych ich stężenie to dziesiątki tysięcy cząstek na cm3. Z tego powodu klimatolodzy nie są w stanie odnotować jakiejkolwiek zmiany, gdy pojawią się dodatkowe cząstki pochodzenia naturalnego bądź sztucznego. Naukowcy dysponują sporą wiedzą na temat samego cyklu, ale chodziło o ustalenie wkładu ilościowego poszczególnych źródeł cząstek. [...] Nowe dane pomogą nam i naszym kolegom zrozumieć i określić ilościowo współzależność obiegu areozoli i wody w nienaruszonym systemie klimatycznym – wyjaśnia Ulrich Pöschl z Instytutu Chemii Maxa Plancka. Wg niego, jest to warunkiem wstępnym wiarygodnego modelowania i przewidywania zaburzeń antropogenicznych i ich wpływu na globalne zmiany. Międzynarodowy zespół ustalił, że powietrzu nad Niziną Amazonii większość (ponad 85%) typowych dla klimatu cząstek stanowiły cząstki bez zanieczyszczeń. Niskie stężenia areozoli i stosunkowo spora zawartość wtórnych areozoli organicznych oznacza, że oddziaływania między cząstkami, chmurami i opadami atmosferycznymi są w okolicach dziewiczych zupełnie inne niż w rejonach morskich i bardziej zanieczyszczonych.

Naukowcy z Sandia National Laboratories posłużyli się swoją maszyną Z (akceleratorem symulującym wybuchy jądrowe), by w ciągu nanosekund otrzymać z wody lód i to w dodatku gorętszy od gotującej się wody. Aparatura badaczy generuje temperatury wyższe od panujących na Słońcu. Dzięki niej zbadano różne stany skupienia wody, a jest ich podobno dużo więcej niż dobrze nam znane ciało stałe, ciecz i gaz. Trzy stany skupienia wody, które znamy, zimny lód, ciecz temperatury pokojowej oraz gorąca para, w rzeczywistości są niewielkim ułamkiem opisanych postaci występowania tego związku — opowiada Daniel Dolan. Woda pod ciśnieniem ogrzewa się. Pod bardzo dużym ciśnieniem "gęstej" H2O łatwiej przejść w stały stan skupienia (lód) niż wkładać energię w podtrzymywanie stanu ciekłego (pozostawanie wodą). Normalnie lód ma większą objętość od wody, z której powstał (dlatego np. rozsadza butelki). W eksperymencie naukowców z Sandii objętość wody zmniejszyła się nagle, czyli w sposób nieciągły; w dodatku pojawiły się niemal wszystkie znane odmiany lodu, z wyjątkiem jego najbardziej pospolitej odmiany. Istnieje co najmniej 11 odmian lodu. Klasyfikuje się je w zależności od tego, jak zachowują się w określonych temperaturach i ciśnieniu. Naukowcy nie znają jednak nadal wszystkich ich specyfikacji. Jedną z odmian jest tzw. woda przechłodzona. Jest to woda ochłodzona do temperatury niższej niż punkt krzepnięcia, w której mimo to nie zachodzi krystalizacja. Zespół Dolana chciał sprawdzić, co dzieje się z różnymi materiałami w ekstremalnych warunkach. Zaskoczyło go m.in., jak szybko woda zamarza. Podczas błyskawicznej kompresji (ciśnienie ponad 70 tys. atmosfer generowano w ciągu ułamków sekundy) woda natychmiast zamarzała. Gdy ciśnienie zmniejszano, lód zaczynał się topić.

Czy krople deszczu są w stanie przezwyciężyć grawitację i poruszać się w kierunku przeciwnym do siły ciążenia? Wielu z nas uznałoby zapewne, że odpowiedź może być tylko jedna: nie. Jednak gdybyśmy zapytali o to samo naukowców z Uniwersytetu Bristolskiego, ich odpowiedź byłaby zdumiewająca. Twierdzą oni bowiem, że krople są w stanie pokonać siłę grawitacji, pod warunkiem że powierzchnia, po której się poruszają, jest odpowiednio potrząsana. Podczas deszczowych dni wielu z nas zaobserwowało, że malutkie krople pozostają nieruchome, podczas gdy większe spadają. Dlaczego się tak dzieje? W przypadku mniejszych kropli siła grawitacji jest równoważona przez napięcie powierzchniowe. Ponieważ te dwie siły mają przeciwny zwrot, woda zastyga w bezruchu. W przypadku dużych kropel mamy do czynienia ze znaczną przewagą grawitacji, która ściąga skupiska cieczy w dół. Matematycy z Bristol University wykazali, że małe krople nie tylko opierają się grawitacji, lecz zaczynają się poruszać w górę. I to nawet wtedy, gdy powierzchnia jest nachylona w stosunku do podłoża pod kątem 85 stopni. Warunek? Powierzchnia musi wibrować z odpowiednią częstotliwością. Jak wyjaśnia Jen Eggers, przy podnoszeniu potrząsanej płytki kropla jest kompresowana, a podczas opuszczania z powrotem pęcznieje. Jeśli będziemy wystarczająco energicznie poruszać płytką, uda się przezwyciężyć napięcie powierzchniowe wzrastające w czasie sprężania, a wtedy kropla zacznie się wyciągać naprzód, wytwarzając siłę wypadkową, która pociągnie ją w górę. Przeprowadzając opisany eksperyment, trzeba wziąć pod uwagę dwa czynniki: 1) wielkość kropel (nie mogą być zbyt duże, bo przy przyłożeniu siły rozpadną się) oraz 2) lepkość cieczy (czysta woda jest zbyt lejąca, a gęsta ciecz będzie się poruszać zbyt wolno). Ze szczegółami badań można się zapoznać na stronach czasopisma Physical Review Letters. Wbrew pozorom, ich wyniki odnoszą się nie tylko do fizyki. Dzięki nim zdobędziemy wiedzę na temat manipulowania małymi elementami, np. fragmentami DNA. Chętnych zapraszamy do obejrzenia nagrania przebiegu doświadczenia.