Znajdź zawartość

Po raz pierwszy zaobserwowano, w czasie rzeczywistym i skali molekularnej, jak powstaje woda. Naukowcy z Northwestern University zarejestrowali łączenie się atomów wodoru i tlenu. Obserwacji dokonano w ramach badań, w czasie których uczeni chcieli zrozumieć działanie palladu jako katalizatora reakcji prowadzącej do powstawania wody. Uzyskanie wody za mocą palladu nie wymaga ekstremalnych warunków, zatem może być wykorzystane w praktyce do pozyskania wody tam, gdzie jest trudno dostępna. Na przykład na innych planetach. Przypomnijmy sobie Marka Watneya, granego przez Matta Damona w „Marsjaninie”. Spalał paliwo rakietowe, by uzyskać wodór, a następnie dodawał do niego tlen. Nasz proces jest bardzo podobny, ale nie potrzebujemy ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu zmieszaliśmy pallad i gazy, mówi jeden z autorów badań, profesor Vinayak Dravid. O tym, że pallad może być katalizatorem do generowania wody, wiadomo od ponad 100 lat. To znane zjawisko, ale nigdy go w pełni nie rozumieliśmy, wyjaśnia doktorant Yukun Liu, główny autor badań. Młody uczony dodaje, że do zrozumienia tego procesu konieczne było połączenie analizy struktury w skali atomowej oraz bezpośredniej wizualizacji. Wizualizowanie całego procesu było zaś niemożliwe. Jednak w styczniu 2024 roku na łamach Science Advances profesor Dravid opisał nowatorką metodę analizowania molekuł gazu w czasie rzeczywistym. Uczony wraz z zespołem stworzyli ultracienką membranę ze szkła, która więzi molekuły gazu w reaktorach o strukturze plastra miodu. Uwięzione atomy można obserwować za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego w próżni wysokiej. Za pomocą nowej metody uczeni zaobserwowali, jak atomy wodoru wnikają do próbki palladu, rozszerzając jej sieć atomową. Po chwili – ku zaskoczeniu uczonych – na powierzchni palladu pojawiły się krople wody. Myślę, że to najmniejsze kiedykolwiek zaobserwowane krople. Tego się nie spodziewaliśmy. Na szczęście nagraliśmy to i możemy udowodnić, że nie oszaleliśmy, cieszy się Liu. Po potwierdzeniu, że pojawiła się woda, naukowcy zaczęli szukać sposobu na przyspieszenie reakcji. Zauważyli, że najszybciej zachodzi ona, gdy najpierw doda się wodór, później tlen. Atomy wodoru wciskają się między atomy palladu, rozszerzając próbkę. Gdy do całości zostaje dodany tlen, wodór opuszcza pallad, by połączyć się z tlenem, a próbka kurczy się do wcześniejszych rozmiarów. Badania prowadzone były w nanoskali, ale wykorzystanie większych kawałków palladu pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości wody. Autorzy badań wyobrażają sobie, że w przyszłości astronauci mogliby zabierać ze sobą pallad wypełniony wodorem. Gdy będą potrzebowali wody, dodadzą tlen. Pallad jest drogi, ale nasza metoda go nie zużywa. Jedyne, co jest tutaj zużywane, to gaz. A wodór to najpowszechniej występujący gaz we wszechświecie. Po reakcji pallad można wykorzystywać ponownie, mówi Liu.   « powrót do artykułu

Ponad połowa największych jezior na świecie traci wodę, wynika z badań przeprowadzonych przez międzynarodowy zespół naukowy z USA, Francji i Arabii Saudyjskiej. Przyczynami tego stanu rzeczy są głównie globalne ocieplenie oraz niezrównoważona konsumpcja przez człowieka. Jednak, jak zauważają autorzy badań, dzięki opracowanej przez nich nowej metodzie szacunku zasobów wody, trendów oraz przyczyn jej ubywania, można dostarczyć osobom odpowiedzialnym za zarządzanie informacji, pozwalającymi na lepszą ochronę krytycznych źródeł wody. Przeprowadziliśmy pierwsze wszechstronne badania trendów oraz przyczyn zmian ilości wody w światowych jeziorach, wykorzystując w tym celu satelity oraz modele obliczeniowe, mówi główny autor badań, Fangfang Yao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Boulder (CU Boulder). Mamy dość dobre informacje o słynnych jeziorach, jak Morze Kaspijskie, Jezioro Aralskie czy Salton Sea, jeśli jednak chcemy dokonać szacunków w skali globalnej, potrzebujemy wiarygodnych informacji o poziomie wód i objętości jeziora. Dzięki tej nowej metodzie możemy szerzej spojrzeć na zmiany poziomu wód jezior w skali całej planety, dodaje profesor Balaji Rajagopalan z CU Boulder. Naukowcy wykorzystali 250 000 fotografii jezior wykonanych przez satelity w latach 1992–2020. Na ich podstawie obliczyli powierzchnię 1972 największych jezior na Ziemi. Użyli też długoterminowych danych z pomiarów poziomu wód z dziewięciu satelitów. W przypadku tych jezior, co do których brak było danych długoterminowych, wykorzystano pomiary wykorzystane za pomocą bardziej nowoczesnego sprzętu umieszczonego na satelitach. Dzięki połączeniu nowych danych z długoterminowymi trendami byli w stanie ocenić zmiany ilości wody w jeziorach na przestrzeni kilku dziesięcioleci. Badania pokazały, że 53% największych jezior na świecie traci wodę, a jej łączny ubytek jest 17-krotnie większy niż pojemność największego zbiornika na terenie USA, Lake Meads. Wynosi zatem około 560 km3 wody. Uczeni przyjrzeli się też przyczynom utraty tej wody. W przypadku około 100 wielkich jezior przyczynami były zmiany klimatu oraz konsumpcja przez człowieka. Dzięki tym badaniom naukowcy dopiero teraz dowiedzieli się, że za utratą wody w jeziorze Good-e-Zareh w Afganistanie czy Mar Chiquita w Argentynie stoją właśnie takie przyczyny. Wśród innych ważnych przyczyn naukowcy wymieniają też odkładanie się osadów. Odgrywa ono szczególnie ważną rolę w zbiornikach, które zostały napełnione przed 1992 rokiem. Tam zmniejszanie się poziomu wody jest spowodowane głównie zamuleniem. Podczas gdy w większości jezior i zbiorników wody jest coraz mniej, aż 24% z nich doświadczyło znacznych wzrostów ilości wody. Są to głównie zbiorniki znajdujące się na słabo zaludnionych terenach Tybetu i północnych części Wielkich Równin oraz nowe zbiorniki wybudowane w basenach Mekongu czy Nilu. Autorzy badań szacują, że około 2 miliardów ludzi mieszka na obszarach, gdzie w zbiornikach i jeziorach ubywa wody, co wskazuje na pilną potrzebę uwzględnienia takich elementów jak zmiany klimatu, konsumpcja przez człowieka czy zamulanie w prowadzonej polityce. Jeśli na przykład konsumpcja przez człowieka jest ważnym czynnikiem prowadzącym do utraty wody, trzeba wprowadzić mechanizmy, które ją ograniczą, mówi profesor Ben Livneh. Uczony przypomina jezioro Sevan w Armenii, w którym od 20 lat poziom wody rośnie. Autorzy badań łączą ten wzrost z wprowadzonymi i egzekwowanymi od początku wieku przepisami dotyczącymi sposobu korzystania z wód jeziora. « powrót do artykułu

Specjaliści od biomechaniki z Cornell University obliczyli maksymalną wysokość, z jakiej możemy skoczyć do wody bez większego ryzyka wyrządzenia sobie krzywdy. Uwzględnili rodzaj skoku, a zatem to, która część ciała najpierw styka się z wodą. Woda jest 1000-krotnie gęstsza niż powietrze, więc skacząc przemieszczamy się z bardzo rzadkiego do bardzo gęstego medium, co wiąże się z silnym uderzeniem, mówi profesor Sunghwan Jung, główny autor artykułu opublikowanego na łamach Science Advances. Z eksperymentów wynika, że w przypadku osoby, która nie przeszła odpowiedniego treningu, skok do wody z wysokości ponad 8 metrów grozi uszkodzeniami kręgosłupa i karku w sytuacji, gdy jako pierwsza z wodą styka się głowa. Jeśli zaś skoczymy tak, by jako pierwsze z wodą zetknęły się dłonie, to przy skoku z wysokości ponad 12 metrów ryzykujemy uszkodzeniem obojczyka. Z kolei uszkodzenie kolana jest prawdopodobne przy skoku na stopy z wysokości ponad 15 metrów. Chcieliśmy sprawdzić, jak pozycja przy skoku do wody wpływa na ryzyko odniesienia obrażeń. Motywowała nas też chęć opracowania ogólnej teorii dotyczącej tego, jak obiekty o różnych kształtach wpadają do wody. Prowadziliśmy więc analizy zarówno kształtu ludzkiego ciała i różnych rodzajów skoków, jak i ciał zwierząt. Mierzyliśmy przy tym oddziałujące siły, dodaje Jung. Na potrzeby badań naukowcy wydrukowali trójwymiarowe modele ludzkiej głowy i tułowia, głowy morświna zwyczajnego, dzioba głuptaka zwyczajnego oraz łapy jaszczurki z rodzaju Basiliscus. W ten sposób mogli zbadać różne kształty podczas zetknięcia się z wodą. Wrzucali do niej swoje modele, mierzyli działające siły oraz ich rozkład w czasie. Brali pod uwagę wysokość, z jakiej modele wpadały do wody, a znając działające siły oraz wytrzymałość ludzkich kości, mięśni i ścięgien byli w stanie wyliczyć ryzyko związane ze skakaniem do wody z różnych wysokości. Biomechanika człowieka dysponuje olbrzymią literaturą dotyczącą urazów w wyniku upadków, szczególnie wśród osób starszych, oraz urazów sportowych. Nie znam jednak żadnej pracy dotyczącej urazów podczas skoków do wody, mówi profesor Jung. Badania dają nam też wiedzę na temat przystosowania się różnych gatunków zwierząt do nurkowania. Na przykład głuptak zwyczajny ma tak ukształtowany dziób, że może wpadać do wody z prędkością do 24 m/s czyli ponad 86 km/h. Jung i jego zespół od dłuższego czasu badana mechanikę nurkowania zwierząt. Obecnie naukowcy skupiają się na tym, jak lisy nurkują w śniegu. Jesteśmy dobrymi inżynierami. Potrafimy zbudować samolot i okręt podwodny. Ale przechodzenie pomiędzy różnymi ośrodkami, co sprawnie robią zwierzęta, nie jest łatwym zadaniem. A to bardzo interesująca kwestia. Inżynierowie chcieliby np. budować drony, które sprawnie poruszałyby się w powietrzu, a później wlatywały pod wodę. Może dzięki naszym badaniom wpadną na odpowiednie rozwiązania. My zaś próbujemy zrozumieć podstawy mechaniki, dodaje Jung. « powrót do artykułu

W Laboratorium Centralnym Katowickich Wodociągów pracują sommelierzy, którzy oceniają wodę pod kątem smaku i zapachu. Osoby te musiały przejść testy i szkolenie. Jak można się domyślić, by testy wody były wiarygodne, należy je prowadzić w specjalnych warunkach. Gdzie i jak pracuje sommelier od wody W pracowni analizy sensorycznej musi być zachowana temperatura 23 stopni Celsjusza, z tolerancją odchylenia wynoszącą 2 stopnie. Stanowiska, przy których sommelierzy przeprowadzają testy, są oddzielone od siebie boksami, pozbawione okien i wyposażone w oświetlenie, którego parametry określone są w normach. Wszystko po to, by nic ich nie rozpraszało i nie wpływało negatywnie na ich zdolności – wyjaśnia analityczka Laboratorium Centralnego Sylwia Morawiecka. Jak dodaje, godzinę przed analizą nie powinno się jeść ani używać perfum (dzięki temu nie zaburza się pracy receptorów węchowych i kubków smakowych). W pomieszczeniu, w którym pracują sommelierzy, przed badaniem włączane jest urządzenie pochłaniające wszelkie niepotrzebne zapachy. Analitycy określają, zgodnie z wymaganiami zawartymi w polskich normach, podstawowe smaki (słodki, słony, gorzki, metaliczny, kwaśny i umami) i zapachy (ziemisty i apteczny, stęchły/gnilny). Występowanie któregoś z nich nie wyklucza automatycznie przydatności do spożycia; intensywność musi się po prostu mieścić w przyjętych granicach (akceptowalnych dla konsumentów). Rozwiązywanie problemów Gdy woda zalega w sieci wewnętrznej budynku, jakość wody może się pogorszyć (smak i zapach stają się bardziej wyczuwalne). W takiej sytuacji zalecane jest odpuszczenie wody przed jej użyciem - wyjaśniono na stronie Urzędu Miasta Katowice. Zdarza się, że woda w budynku spełnia normy - nie jest skażona bakteriami i ma właściwe parametry mikrobiologiczne i chemiczne, a mimo to jej smak i zapach jest nieakceptowany przez klientów. Przyczyną może być zastanie wody w tym budynku lub stare, skorodowane rury. Sommelier w trakcie analizy smaku i zapachu niejednokrotnie jest w stanie określić, co jest powodem zmiany smaku i zapachu testowanej wody - tłumaczy cytowana przez PAP kierowniczka Laboratorium Centralnego Katowickich Wodociągów Anna Jędrusiak. Praca nie dla każdego Tylko ok. 50% chętnych ma właściwą wrażliwość sensoryczną. Na początku osoba zdobywająca upoważnienie do wykonywania badań oznaczania smaku i zapachu przechodzi testy. Jędrusiak wyjaśnia, że przygotowywane są „problematyczne” próbki. [...] Czekamy, czy [kandydat na sommeliera] określi, co jest nie tak. Potem jeszcze przechodzi szkolenie. Ale nawet osoba o takich kwalifikacjach ma pewne ograniczenia - może przebadać w jednej serii 6-8 próbek, potem wrażliwość spada, to zjawisko można też zaobserwować podczas wąchania perfum. Odnosząc się do pytania, czy sommelierem może zostać osoba paląca papierosy, Jędrusiak stwierdza, że choć nikt jest dyskryminowany, w praktyce palaczom trudniej przejść testy, bo ich wrażliwość jest nieco inna. Obecnie w zespole pracuje jedna osoba paląca. Z biegiem czasu i wzrostem doświadczenia zmysły się wyostrzają. Sylwia Morawiecka przyznaje, że zawsze potrafiła dobrze wyczuwać zapachy i smaki, ale dziś umie je oznaczyć na niższym poziomie. « powrót do artykułu

W górnych 2 kilometrach skorupy ziemskiej znajduje się około 24 milionów kilometrów sześciennych wody. To w większości woda pitna. Jednak poniżej tego rezerwuaru, zamknięte w skałach, znajdują się kolejne rozległe zasoby wodne, złożone głównie z solanki liczącej sobie setki milionów, a może nawet ponad miliard lat. Najnowsze szacunki pokazują, że zasoby te, wraz z położoną powyżej wodą, stanowią największy rezerwuar wody na Ziemi. Dotychczas uważano, że największymi, poza oceanami, rezerwuarami wody na Ziemi są lodowce i lądolody, których objętość wynosi około 30 milionów km3. Okazuje się jednak, że prawdopodobnie musimy zweryfikować swoje przekonania. Dość dobrze wiemy, ile wody znajduje się w górnej 2-kilometrowej warstwie skorupy ziemskiej. Jednak zasoby położone poniżej, na głębokości nawet do 10 kilometrów, są znacznie słabiej poznane. Ich oszacowania podjęli się naukowcy z międzynarodowego zespołu, w skład którego wchodzili uczeni z USA, Kanady, Wielkiej Brytanii i Hongkongu. Uczeni zbadali strefę „głębokich wód podziemnych”, położonych na głębokości 2–10 kilometrów. W swojej pracy uwzględnili rozkład skał osadowych oraz skrystalizowanych oraz szacunki dotyczące związku porowatości skał z głębokością, na jakiej się znajdują. Szacunki wykazały, że na głębokości poniżej 2 kilometrów znajduje się około 20 milionów km3 wody. Jeśli szacunki te są prawidłowe, to w skorupie ziemskiej, na głębokości do 10 kilometrów zamkniętych jest 44 miliony km3 wody. To zaś oznacza, że wody tej jest więcej, niż wody zamkniętej w lądolodach. Odkrycie takie pozwoli lepiej zrozumieć budowę planety i procesy geochemiczne zachodzące na Ziemi. Szacunki te zwiększają nasze rozumienie ilości wody na Ziemi i dodają nowy wymiar do rozumienia cyklu hydrologicznego, mówi Grant Ferguson, hydrolog z University of Saskatchewan. Te głęboko położone zasoby wody nie mogą być co prawda wykorzystane w celach spożywczych czy do nawadniania, ale dokładne szacunki ilości wody oraz tego, czy i w jaki sposób jest ona włączona w obieg wody na powierzchni, są potrzebne do planowania takich działań jak produkcja wodoru, składowanie odpadów atomowych czy pobieranie z powietrza i bezpieczne składowanie dwutlenku węgla. Jeśli bowiem chcemy np. bezpiecznie składować pod ziemią odpady atomowe, musimy znaleźć takie miejsce, do którego nie ma dostępu woda, trafiająca później na powierzchnię lub do płytko położonych zbiorników podziemnych. Unikniemy w ten sposób zanieczyszczenia wód, z których korzystamy. Głęboko położone zbiorniki wody, te znajdujące się na głębokości poniżej 2 kilometrów, mogą być izolowane od setek milionów czy miliarda lat. Mogą nie mieć żadnego połączenia ze światem zewnętrznym. Są więc kapsułami czasu, dzięki którym możemy lepiej poznać warunki panujące na Ziemi w przeszłości. Mogą też zawierać wciąż aktywne mikroorganizmy sprzed setek milionów lat. Naukowcy mogą szacować głęboko położone zasoby wodne obliczając, jak wiele wody może być zamkniętych w skałach. To zaś zależy od porowatości skał. Wcześniejsze szacunki skał znajdujących się na głębokości 2–10 kilometrów skupiały się na skałach krystalicznych, jak granit, które charakteryzują się niską porowatością. Jednak autorzy najnowszych badań dodali do tych szacunków skały osadowe, znacznie bardziej porowate. I stwierdzili, że mogą one przechowywać dodatkowo 8 milionów kilometrów sześciennych wody. Jako, że woda ta jest położona głęboko i często wśród skał o niskiej przepuszczalności, w dużej mierze nie jest włączona w cykl hydrologiczny planety. Tym bardziej, że to głównie solanka, która może być o 25% bardziej gęsta od wody morskiej. A to jeszcze bardziej utrudnia jej przedostanie się do wyżej położonych warstw skorupy ziemskiej. Nie jest to jednak całkowicie wykluczone. Różnica ciśnień w obszarach położonych na różnych wysokościach może powodować, że obieg wody sięga naprawdę głęboko. W kilku miejscach Ameryki Północnej udokumentowano obieg wody, w ramach którego woda z powierzchni trafia nawet głębiej niż 2 kilometry w głąb skorupy ziemskiej. Najnowsze szacunki bardzo zainteresowały specjalistów badających biosferę. Dotychczas odkryliśmy mikroorganizmy na głębokości 3,6 kilometra. Jeśli gdzieś jest woda w stanie ciekłym, jest też spora szansa na obecność mikroorganizmów. Mogą one żyć dzięki reakcjom chemicznym. Jeśli wokół nich znajdują się odpowiednie pierwiastki, mogą je wykorzystać do wytwarzania energii, mówi mikrobiolog Jennifer Biddle z University of Delaware. Badanie tych głęboko położonych wód może też powiedzieć nam sporo o potencjalnym życiu w innych miejscach Układu Słonecznego. Jeśli i na Marsie znajdują się głęboko położone zbiorniki wodne, może tam być życie. Zatem tego typu habitaty na Ziemi mogą być bardzo dobrymi analogiami innych ciał niebieskich, jak Mars czy Enceladus, księżyc Saturna, który na pewno zawiera wodę w swoim wnętrzu, dodaje Biddle. « powrót do artykułu

Woda to niezwykły płyn. Niezbędny i najbardziej powszechny, a jednocześnie najmniej ją rozumiemy. Ma wiele niezwykłych właściwości, których wciąż nie potrafimy wyjaśnić. Na przykład większość płynów staje się coraz gęstszych w czasie schładzania. Tymczasem woda jest najgęstsza w temperaturze około 4 stopni Celsjusza. Ta jej właściwość powoduje, że lód unosi się na powierzchni, dzięki czemu może istnieć życie. Gdyby bowiem tonął, organizmy w oceanach nie przetrwałyby zimy. Woda ma też niezwykle duże napięcie powierzchniowe, dzięki czemu owady mogą po niej chodzi oraz olbrzymią zdolność przechowywania ciepła, co stabilizuje temperaturę oceanu. Teraz naukowcy ze SLAC National Accelerator Laboratory, Uniwersytet Stanforda i Uniwersytetu w Sztokholmie przeprowadzili pierwsze bezpośredni obserwacje, które pokazały, jak wzbudzone laserem atomy wodoru w molekułach wody ciągną i pchają sąsiednie molekuły wody. Badania, których wyniki opublikowano na łamach Nature, opisują zjawiska, które mogą leżeć u podstaw niezwykłych właściwości wody. Ich zbadania może pomóc nam w zrozumieniu, w jaki sposób woda pomaga białkom spełniać ich rolę w organizmach żywych. Jeden z członków zespołu badawczego, profesor Anders Nilsson z Uniwersytetu w Sztokholmie przypomina, że już od pewnego czasu przypuszczano, iż za wiele właściwości wody mogą odpowiadać te tzw. jądrowe efekty kwantowe. Nasz eksperyment to pierwsze obserwacje tych efektów. Pytanie brzmi, czy rzeczywiście są one zaginionym ogniwem teoretycznych modeli opisujących niezwykłe właściwości wody, mówi uczony. W każdej molekule wody znajdziemy jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. Istnieje też cała sieć wiązań wodorowych pomiędzy dodatnio naładowanymi atomami wodoru w jednej molekule i ujemnie naładowanymi atomami tlenu w sąsiednich molekułach. Ta siec utrzymuje całość razem. Dopiero jednak teraz udało się zaobserwować, jak molekuły wody – za pośrednictwem tej sieci – wchodzą w interakcje. To pierwsze badania, w których bezpośrednio wykazano, że reakcja sieci wiązań wodorowych na impuls energii w postaci światła lasera zależy od rozkładu atomów wodoru w przestrzeni, który jest z kolei determinowany zasadami mechaniki kwantowej. Od dawna uważano, że to właśnie ona nadaje niezwykłe właściwości wodzie i jej sieci wiązań wodorowych, stwierdza Kelly Gaffney ze SLAC. Obserwacje tego typu zjawisk są niezwykle trudne, gdyż ruchy wiązań atomowych są bardzo szybkie i odbywają się w bardzo małej skali. Amerykańsko-szwedzki zespół naukowy poradził sobie z tym problemem dzięki MeV-UED, superszybkiej „kamerze elektronowej“ ze SLAC, która wykrywa niewielki ruchy molekuł rozpraszając na nich strumień elektronów. Naukowcy najpierw wygenerowali strumienie wody o średnicy zaledwie 100 nanometrów. To około 1000-krotnie mniej niż średnica włosa. Następnie za pomocą podczerwonego lasera wprawili w drgania molekuły wody tworzące te strumienie. Wtedy do dzieła przystąpił MeV-UED, ostrzeliwując wodę krótkimi wysokoenergetycznymi impulsami elektronów. W ten sposób uzyskano obraz o wysokiej rozdzielczości, który wyglądał jak poklatkowy film, szczegółowo pokazujący, jak molekuły reagują na światło. Obraz skupiał się na grupach, na które składały się po trzy molekuły. Dzięki temu naukowcy mogli zaobserwować, jak najpierw atomy wodoru przyciągają do siebie atomy tlenu z sąsiednich molekuł, by za chwilę – dzięki energii uzyskanej z lasera – mocno je odepchnąć, zwiększając odległości pomiędzy molekułami. To naprawdę otwiera nowe możliwości w dziedzinie badań nad wodą. W końcu możemy zobaczyć poruszające się wiązania wodorowe. Chcielibyśmy teraz powiązać te ruchy z szerszym obrazem, który może rzucić światło na to, w jaki sposób woda przyczyniła się do powstania i przetrwania życia na ziemi. Możemy też dzięki temu udoskonalić metody pozyskiwania energii odnawialnej, stwierdził Xijie Wang ze SLAC. « powrót do artykułu

Woda znajdująca się na zimnej powierzchni zanim zamarznie musi się ogrzać. Odkrycie dokonane przez naukowców z Cambridge University i Uniwersytetu Technologicznego w Grazu pozwoli lepiej zrozumieć i kontrolować proces zamarzania. Anton Tamtögl i jego zespół przeprowadzili eksperymenty z molekułami wody umieszczonymi na zimnym grafenie i zauważyli, że początkowo odpychają się one od siebie. Dopiero pojawienie się dodatkowej energii pozwala im na zmianę orientacji i utworzenie wiązań elektrostatycznych. Gdy woda trafia na zimną powierzchnię, zachodzi proces nukleacji, w wyniku którego molekuły tworzą wiązania i błyskawicznie pojawiają się kryształy lodu. Zjawisko to było intensywnie badane w skali makroskopowej. Jednak trudno je badać na poziomie molekuł, gdyż zamarzanie zachodzi bardzo szybko, w czasie pikosekund. Naukowcy z Cambridge wykorzystali nowatorką technikę badawczą zwaną echem spinowym helu-3. Polega ona na rozpraszaniu strumienia spolaryzowanych atomów helu. Atomy docierają do badanych powierzchni w skoordynowanych pakietach, a czas pomiędzy kolejnymi pakietami mierzony jest w pikosekundach. Ruch molekuł na powierzchni powoduje różnice w fazach pakietów. A różnice te można wychwycić i na ich podstawie badać zjawiska zachodzące w czasie pikosekund. Badania ujawniły, że początkowo wszystkie molekuły wody przyczepiają się do zimnej powierzchni grafenu w ten sam sposób, z oboma atomami wodoru przy powierzchni i atomem tlenu powyżej. Molekuły wody są dipolami. Od strony tlenu mamy ładunek ujemny, od strony wodoru – dodatni. Tak więc pomiędzy identycznie zorientowanymi molekułami dochodzi do odpychania się, co uniemożliwia nukleację. Naukowcy zauważyli, że zjawisko to może zostać przezwyciężone poprzez ogrzanie molekuł. Dopiero wówczas zmieniają one orientację tak, że zaczynają się przyciągać, co rozpoczyna proces nukleacji. Naukowcy, chcąc lepiej zrozumieć to zjawisko, przeprowadzili symulacje komputerowe ukazujące zachowanie molekuł wody przy różnych energiach. Zgodnie z ich oczekiwaniami, symulacje wykazały, że zmieniając ilość ciepła dostarczonego do molekuł, można powstrzymywać lub rozpoczynać proces nukleacji. Odkrycie może doprowadzić do opracowania nowych technik ochrony przed formowaniem się lodu na skrzydłach samolotów, turbinach wiatrowych czy sprzęcie telekomunikacyjnym. Pozwoli też lepiej zrozumieć proces formowania się i topnienia lodu w lodowcach, a to z kolei da nam lepsze zrozumienie ziemskiej kriosfery i wpływu ocieplenia klimatu. Z wynikami badań można zapoznać się na łamach Nature Communications. « powrót do artykułu

Chemicy z UMK dzięki obserwacji chrząszcza pustynnego, który potrafi jednocześnie zbierać i odpychać wodę, chcą stworzyć takie membrany, które będą coraz lepiej transportować wodę i zatrzymywać sole oraz inne zanieczyszczenia. Coraz więcej publikacji naukowych inspiruje się zachowaniami natury. Przykładem powszechnie opisywanym w literaturze jest kwiat lotosu, który sam się oczyszcza. Naukowcy zaczęli zastanawiać się, dlaczego tak się dzieje i oglądać strukturę kwiatu lotosu pod mikroskopami. Doszli do wniosku, że jest silnie hydrofobowa, czyli unika wchłaniania kropel wody, która spływając zbiera pył i kurz. Oznacza to, że siły adhezji, czyli przyczepiania się wody do kwiatu, są bardzo małe, a jednocześnie brud łatwo nanosi się na kroplę wody, co daje efekt samooczyszczania. Dzięki tej obserwacji powstały samoczyszczące się powierzchnie, m.in. farby, dachówki czy tkaniny. Odmienną strukturę mają natomiast płatki róży. Dzięki hydrofobowej powierzchni kropla wody, która spadnie na płatek, przykleja się i nie spada (efekt płatka róży petal effect związany jest z wytworzeniem powierzchni hydrofobowej, ale o dużej adhezji). Ciekawym przypadkiem jest również żaba, chodząca po sufitach – tu pojawia się pytanie, dlaczego nie spada z sufitu o chropowatej powierzchni. Naukowcy postanowili sprawdzić, jak jest zbudowana jej łapka i spróbowali ją odtworzyć. Teraz podobne rozwiązanie możemy spotkać na tzw. kopertach samoprzylepnych. Mają one papierowy pasek, chroniący klej. Można go oderwać bez żadnego problemu, natomiast gdy klej trafi na inny rodzaj papieru i zamkniemy kopertę, nie da się jej otworzyć bez rozcinania. Natura stworzyła też bardziej złożone przypadki. Przykład? Struktura pancerza chrząszcza pustynnego ma dwoistą naturę. Jest jednocześnie hydrofobowa i hydrofilowa, a więc na pancerzu są obszary chłonące wodę i ją odpychające. Dzięki temu chrząszcze mogą przeżyć w tak trudnym środowisku, jakim jest pustynia - nic nie przylepia im się do pancerzyka, szczególnie wilgotny piasek, natomiast woda zbierana na obszarach hydrofobowych umożliwia im picie i przeżycie. Oglądałam film, jak chrząszcz staje rano na łapkach, gdy jest rosa i wychwytuje z tej mgiełki wodę – mówi dr hab. Joanna Kujawa, prof. UMK z Wydziału Chemii. Dzięki temu, że reszta powierzchni pancerza jest pokryta woskiem, woda spływa, a chrząszcz jest w stanie ją pić i przetrwać w tak trudnych warunkach. Naukowcy zaczęli się zastanawiać, jak to rozwiązanie przenieść z natury do laboratorium, bo takie zjawisko jest wykorzystywane w destylacji membranowej. Tam enzymy nanosi się przez absorpcję, czyli przyleganie powierzchniowe, a nie wiązania chemiczne – tłumaczy prof. dr hab. Wojciech Kujawski z Wydziału Chemii UMK. Jeśli jest to absorpcja fizyczna, to łatwo może nastąpić desorpcja, bo tam oddziałują słabe siły. Chodziło o to, żeby wzmocnić membrany, które dzięki połączeniom chemicznym są trwalsze, bo one też się z czasem degradują, ale na pewno wolniej niż te powstające tylko przez fizyczne nałożenie drugiej warstwy. Dobrym pomysłem okazało się wykorzystanie chitozanu, którego na świecie jest bardzo dużo. Chityna, którą łatwo można przekształcić w chitozan, występuje naturalnie w pancerzach m.in. krewetek. Pancerzyków owoców morza są hałdy i nie wiadomo co z nimi robić. Toruńscy naukowcy stwierdzili, że nie dość że jest możliwość skopiowania struktury pancerza chrząszcza, to do tematu można podejść kompleksowo i wykorzystać zalegający chitozan zgodnie z zasadami filozofii zero waste. Dzięki niemu woda będzie jeszcze łatwiej spływać, spełni on więc tę rolę, którą spełnia wosk u chrząszcza. Chemicy zdecydowali, by chitozan przyłączyć w miejscu hydrofilowych wysepek. To jest wymóg destylacji membranowej, że powierzchnia membrany musi być porowata i  hydrofobowa – wyjaśnia prof. Kujawa. - Można znaleźć wiele przykładów wykorzystania chitozanu w membranach, ale nikt wcześniej nie przyłączał go chemicznie. Dało nam to duże pole do popisu - jeśli przyłączymy chitozan chemicznie, to pozostanie na swoim miejscu. Będziemy mieli stabilne połączenie. Naukowcy najpierw modyfikowali chitozan i potem przyczepiali go chemicznie do membrany. Teraz natomiast zdecydowali się najpierw zmodyfikować membranę, a dopiero później dołączyć do niej chitozan. Dzięki temu membrana jest bardziej hydrofilowa, można przepuścić przez nią większy strumień wody. W literaturze nie ma podobnych prac, wiec trudno nam porównywać efekty z innymi – mówi prof. Kujawa. Tam, gdzie fizycznie aplikowano chitozan do zmodyfikowanej membrany, też obserwowano poprawę, ale nie w takim stopniu jak u nas. Dzięki temu możemy dostosowywać materiał do procesu, w którym chcemy go wykorzystywać. Membrana powstająca w trakcie modyfikacji fizycznej jest tak naprawdę „na raz”. Później chitozan przeważnie jest wymywany. Z ciekawości zrobiliśmy próbę stabilność modyfikowanych chemicznie membran do odsalania wody, w dziesięciu długich, kilkudniowych cyklach – zdradza prof. Kujawa. Zaobserwowaliśmy delikatne zmiany, ale nie na tyle znaczące, by nagle wszystko nam się rozpadło. Toruńscy chemicy testowali też odporność membran na zarastanie. Badania prowadzili na sokach owocowych. Przez oddziaływania pulpy owocowej z membraną resztki owoców zostawały na jej  powierzchni, zatykały pory i nie można było jej dłużej używać. Natomiast na powierzchni, mającej w składzie chitozan o dodatkowych właściwościach bakteriobójczych, występują zupełnie inne oddziaływania, pulpa owocowa nie przywiera, a jeśli już się to zdarzy, można bardzo łatwo ją zmyć strumieniem wody, bez dodatków środków chemicznych. Rozwiązanie naukowców z UMK ma szereg praktycznych zastosowań. Chemicy z UMK napisali artykuły na temat tych badań. Pierwszy o przyłączaniu zmodyfikowanego chitozanu do membrany ukazał się w Desalination, drugi o dłączaniu chitozanu do zmodyfikowanej membranie opublikowali w ACS Applied Materials and Interfaces. Badania są realizowane we współpracy z partnerem zagranicznym, prof. Samerem Al-Gharabli z Wydziału Farmacji i Inżynierii Chemicznej Niemiecko-Jordańskiego Uniwersytetu w Ammanie (Jordania). W ramach tej współpracy naukowcy prowadzą wspólne badania skupiające się na wytwarzaniu tzw. „smart materials” - inteligentnych materiałów separacyjnych o kontrolowanych właściwościach do szerokiego spektrum zastosowań. Dzięki swoim odkryciom chcą zrobić takie membrany, które coraz lepiej będą transportować wodę i jednocześnie zatrzymywać sole i inne zanieczyszczenia. Oczywiście to wszystko jest związane z brakiem wody pitnej na Ziemi – tłumaczy prof. Kujawski. W Polsce też będziemy musieli zmierzyć się z tym problemem i to znacznie szybciej, niż sądzą najwięksi pesymiści. Kilka lat temu byłem na seminarium w Jordanii, gdzie usłyszałem, że na problem braku wody należy patrzeć nie przez pryzmat całego kraju, ale poprzez pryzmat bardzo małej jednostki administracyjnej. Jeżeli się zaczyna dzielić kraj na coraz mniejsze kwadraty, to nagle się okazuje, że procent populacji o ograniczonym dostępie do wody gwałtownie rośnie. W Polsce mamy dostęp do wody wzdłuż rzek, ale gdy 20 lat temu byłem w Zakopanem, słyszałem „oszczędzajcie wodę, bo nasze strumienie wysychają”. Tam studnie się zanieczyszczają, źródeł świeżej wody nie ma, więc problem wysychania i obniżania się wód gruntowych zdecydowanie postępuje. Dlatego naukowcy szukają różnych sposobów produkcji wody pitnej. W tej chwili na świecie królują techniki membranowe, wśród których na pierwszy plan wysunęła się odwrócona osmoza. To taki odwrócony proces ciśnieniowy, w którym stosujemy membrany nieporowate i przykładając ciśnienia aż do 60 barów, przepychamy przez nie wodę – wyjaśnia prof. Kujawski. Nazywa się odwróconą osmozą, bo w typowym zjawisku osmozy woda jest zaciągana z roztworu rozcieńczonego do stężonego natomiast tutaj woda jest wypychana z roztworu stężonego przez membranę. Obecnie przepisy dotyczące ochrony środowiska wymagają, by producent czystej wody metodą odwróconej osmozy zagospodarował odrzut, czyli zagęszczoną solankę. Kiedyś instalacje stały nad brzegiem morza i od razu była ona wyrzucana z powrotem. Obecnie trzeba szukać innych metod wykorzystania solanki. Można np. jeszcze bardziej ją zagęścić, do takiego poziomu, żeby zaczęła krystalizować i wykorzystać powstałą w ten sposób sól w innych procesach przemysłowych, np. do produkcji chloru lub wodorotlenku sodowego. W okolicach Torunia chlor z solanki produkują dwa duże zakłady: we Włocławku i Inowrocławiu. Do przetwarzania solanki można też zastosować odwróconą destylację i to jest przykład naszych prac związanych z chrząszczami – mówi prof. Kujawski.  Stosujemy membrany hydrofobowe, porowate, przenoszące ciecz ze strony zasilającej na stronę odbierającą, a ponieważ sól jako taka jest nielotna, przez membranę przenosimy tylko ten składnik, który można odparować przez pory membrany. Chociaż odwrócona osmoza wysunęła się na czoło stosowanych obecnie technik membranowych, nie jest ona bezproblemowa. W trakcie procesu pojawia się ciśnienie osmotyczne, które potrafi być bardzo wysokie, a żeby zastosować odwróconą osmozę, ciśnienia muszą być wyższe od osmotycznego. Oznacza to, że już na starcie należy przyłożyć ciśnienie wyższe niż osmotyczne i to jest koszt, który trzeba włożyć w sam proces. Natomiast w destylacji membranowej wysiłek energetyczny jest zdecydowanie mniejszy, ponieważ cały proces polega na nieco innych właściwościach fizykochemicznych. Destylacja szczególnie sprawdza się w gorących krajach, takich jak Włochy, Hiszpania, Grecja, tam gdzie działają efektywne panele słoneczne.  Mając hotel na uboczu, do którego trzeba dostarczyć świeżą wodę, montuje się panel słoneczny na dachu, który podgrzewa wodę do destylacji membranowej. W efekcie z jednej strony mamy gorącą wodę, która płynie do układu, a z drugiej - chłodną wodę, która jest wykraplana. W ten sposób można tanio produkować wodę pitną, ale w niewielkich ilościach, podczas gdy przy odwróconej osmozie mówimy o milionach litrów dziennie. Dodatkowo w krajach mających dostęp do taniej energii elektrycznej można stosować tzw. elektrodializę, czyli wykorzystywać membrany specjalnego typu, ułatwiające transport jonów, a nie wody. W stronę katody przemieszczają się kationy, a w stronę anody - aniony i zostanie woda. Jest jeszcze tzw. osmoza naturalna, która też może służyć do oczyszczania ścieków i wyciągania wody. Przelatuje ona przez membranę z roztworu rozcieńczonego w kierunku stężonego. Później trzeba jeszcze z tego stężonego roztworu, który w trakcie procesu się rozcieńcza, odzyskać w jakiś sposób wodę, do czego potrzebna jest dodatkowa metoda. Destylacja membranowa jako zjawisko ma około 50 lat. Naukowcy zainteresowali się nią na początku lat 70. ubiegłego wieku, ale dopiero od kilkunastu lat powstają firmy budujące komercyjne instalacje o małej wydajności zaopatrujące w wodę pitną domki czy hotele. W Europie największe stanowisko badawcze nad destylacją membranową znajduje się w hiszpańskiej Almerii. Do napędzania różnych procesów wykorzystywana jest tam energia słoneczna – mówi prof. Kujawski. Hiszpanie mają gigantyczne zwierciadło, które zbiera promienie słoneczne, ono podgrzewa nie tylko wodę, ale też metale, ciepło wykorzystywane jest do ogrzewania, a przy okazji mają też kilka zestawów do destylacji membranowej i po prostu badają efektywność różnych konfiguracji. Miałem okazję kilka lat temu zwiedzić to centrum i muszę przyznać, że robi wrażenie. Chemicy zapewniają, że ludzie piją już wodę morską, może jeszcze nie w Polsce, ale np. w Izraelu już tak. Tam do jej produkcji wykorzystywany jest proces odwróconej osmozy, natomiast w hotelach na Malediwach – destylacji membranowej. W Ameryce są plemiona, które nadal prowadzą koczowniczy tryb życia – opowiada prof. Kujawski. Naukowcy jednego z uniwersytetów przystosowali autobus szkolny, ma panele słoneczne na dachu, w środku system do destylacji membranowej i oni jeżdżą i produkują koczownikom wodę m.in. dlatego, że oni przemieszczają się po obszarze, na którym woda jest zatruta pierwiastkami typu arsen. Trzeba pamiętać, że woda po destylacji membranowej, to woda destylowana więc tak naprawdę przed spożyciem trzeba ją zmineralizować. Naukowcy mówią żartobliwie: jest goła i trzeba ją ubrać. Trudno oszacować, czy produkcja wody pitnej z wody morskiej jest kosztowna. Wszystko zależy od tego, jakie ilości chcemy osiągnąć i z jakiej technologii skorzystać. Kraje leżące w Zatoce Perskiej stosowały metody termiczne, to były jedne z pierwszych metod do produkcji wody pitnej z morskiej, w których woda morska jest wielokrotnie odparowywana i skraplana. Potrzeba do tego dużo ciepła, ale te państwa miały czym grzać, więc grzały. Później, na początku lat 60. ubiegłego wieku wyprodukowano pierwsze membrany i chwile później zaczęto je wykorzystywać do filtracji. Trzeba też pamiętać, że jeżeli brakuje nam wody pitnej, to zapłacimy każdą cenę, żeby ją mieć – podsumowuje prof. Kujawski. « powrót do artykułu

Przechłodzona woda to tak naprawdę dwie ciecze w jednej – wykazali naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Wykonali oni szczegółowe badania wody, która zachowuje stan ciekły znacznie poniżej temperatury zamarzania. Okazało się, że w wodzie takiej istnieją dwie różne struktury. Odkrycie pozwala wyjaśnić niektóre dziwne właściwości, jakie wykazuje woda w niezwykle niskich temperaturach, jakie panują w przestrzeni kosmicznej czy na krawędziach atmosfery. Dotychczas istniały różne teorie na ten temat, a naukowcy spierali się co do niezwykłych właściwości przechłodzonej wody. Teraz otrzymali pierwsze eksperymentalnie potwierdzone dane odnośnie jej struktury. Nie są to spory czysto akademickie, gdyż zrozumienie wody, która pokrywa 71% powierzchni Ziemi, jest kluczowe dla zrozumienia, w jaki sposób reguluje ono środowisko naturalne, nasze organizmy i jak wpływa na samo życie. Wykazaliśmy, że ciekła woda w ekstremalnie niskich temperaturach jest nie tylko dość stabilna, ale istnie też w dwóch stanach strukturalnych. Odkrycie to pozwala na rozstrzygnięcie sporu dotyczącego tego, czy mocno przechłodzona woda zawsze krystalizuje przed osiągnięciem stanu równowagi. Odpowiedź brzmi: nie, mówi Greg Kimmel z PNNL. Dotychczas naukowcy sprzeczali się np. o to, czy woda schłodzona do temperatury -83 stopni Celsjusza rzeczywiście może istnieć w stanie ciekłym i czy jej dziwne właściwości nie wynikają ze zmian zachodzących przed krzepnięciem. Woda, pomimo swojej prostej budowy, jest bardzo skomplikowaną cieczą. Na przykład bardzo trudno jest zamrozić wodę w temperaturze nieco poniżej temperatury topnienia. Woda opiera się zamarznięciu. Potrzebuje ośrodka, wokół którego zamarznie, jak np. fragment ciała stałego. Woda rozszerza się podczas zamarzania, co jest zadziwiającym zachowaniem w porównaniu z innymi cieczami. Jenak to dzięki temu na Ziemi może istnieć życie w znanej nam postaci. Gdyby woda kurczyła się zamarzając i opadała na dno lub gdyby para wodna w atmosferze nie zatrzymywała ciepła, powstanie takiego życia jak obecnie byłoby niemożliwe. Bruce Kay i Greg Kimmel z PNNL od 25 lat badają niezwykłe właściwości wody. Teraz, przy pomocy Loni Kringle i Wyatta Thornleya dokonali przełomowych badań, które lepiej pozwalają zrozumieć zachowanie molekuł wody. Wykazały one, że w mocno przechłodzonej wodzie dochodzi do kondensacji w gęstą podobną do płynu strukturę. Istnieje ona równocześnie z mniej gęstą strukturą, w której wiązania bardziej przypominają te spotykane w wodzie. Proporcja gęstej struktury gwałtownie obniża się wraz ze spadkiem temperatury z -28 do -83 stopni Celsjusza. Naukowcy wykorzystali spektroskopię w podczerwieni do obserwowania molekuł wody i wykonania obrazowania na różnych etapach badań. Kluczowy jest fakt, że wszystkie te zmiany strukturalne były odwracalne i powtarzalne, mówi Kringle. Badania pozwalają lepiej zrozumieć zjawisko krupy śnieżnej, która czasem opada na ziemię. Tworzy się ona gdy płatki śniegu stykają się w górnych partiach atmosfery z przechłodzoną wodą. Ciekła woda a górnych partiach atmosfery jest silnie przechłodzona. Gdy dochodzi do jej kontaktu z płatkiem śniegu, gwałtownie zamarza i w odpowiednich warunkach opada na ziemię. To jedyny raz, gdy większość ludzi ma do czynienia z przechłodzoną wodą, mówi Bruce Kay. Dzięki pracy amerykańskich uczonych można będzie lepiej zrozumieć, jak ciekła woda może istnieć na bardzo zimnych planetach. Pomoże też w badaniu warkoczy komet, w które w znacznej mierze składają się z przechłodzonej wody. Praca Kaya i Kimmela znajdzie też praktyczne zastosowanie. Pomaga ona bowiem lepiej zrozumieć np. zachowanie molekuł wody otaczających proteiny, co pomoże w pracach nad nowymi lekami. Woda otaczająca indywidualne proteiny nie ma zbyt dużo miejsca. Nasze badania mogą pomóc w zrozumieniu, jak woda zachowuje się w tak ciasnych środowiskach, mówi Kringle. Thornley dodaje zaś, że podczas przyszłych badań możemy wykorzystać opracowaną przez nas technikę do śledzenia zmian zachodzących podczas różnych reakcji chemicznych. Więcej o badaniach można przeczytać w artykule Reversible structural transformations in supercooled liquid water from 135 to 245 K. « powrót do artykułu

Zmiany klimatyczne mogą w wielu miejscach na świecie zmniejszyć zdolność gleby do absorbowania wody, twierdzą naukowcy z Rutgers University. To zaś będzie miało negatywny wpływ na zasoby wód gruntowych, produkcję i bezpieczeństwo żywności, odpływ wód po opadach, bioróżnorodność i ekosystemy. Wskutek zmian klimatu na całym świecie zmieniają się wzorce opadów i inne czynniki środowiskowe, uzyskane przez nas wyniki sugerują, że w wielu miejscach na świecie może dość szybko dojść do znacznej zmiany sposobu interakcji wody z glebą, mówi współautor badań Daniel Giménez. Sądzimy, że należy badać kierunek, wielkość i tempo tych zmian i włączyć je w modele klimatyczne. Uczony dodaje, że obecność wody w glebie jest niezbędna, by ta mogła przechowywać węgiel, jej brak powoduje uwalnianie węgla do atmosfery. W ubiegłym roku w Nature ukazał się artykuł autorstwa Giméneza, w którym naukowiec wykazał, że regionalne wzrosty opadów mogą prowadzić do mniejszego przesądzania wody, większego jej spływu po powierzchni, erozji oraz większego ryzyka powodzi. Badania wykazały, że przenikanie wody do gleby może zmienić się już w ciągu 1-2 dekad zwiększonych opadów. Jeśli zaś mniej wody będzie wsiąkało w glebę, mniej będzie dostępne dla roślin i zmniejszy się parowanie. Naukowcy z Rutgers University od 25 lat prowadzą badania w Kansas, w ramach których zraszają glebę na prerii. W tym czasie odkryli, że zwiększenie opadów o 35% prowadzi do zmniejszenia tempa wsiąkania wody w glebę o 21–35 procent i jedynie do niewielkiego zwiększenia retencji wody. Największe zmiany zostały przez naukowców powiązane ze zmianami w porach w glebie. Duże pory przechwytują wodę, z której korzystają rośliny i mikroorganizmy, co prowadzi do zwiększonej aktywności biologicznej, poprawia obieg składników odżywczych w glebie i zmniejsza erozję. Gdy jednak dochodzi do zwiększenia opadów, rośliny mają grubsze korzenie, które mogą zatykać pory, a to z kolei powoduje, że gleba słabiej się poszerza i kurczy gdy wody jest więcej lub mniej. W kolejnym etapie badań naukowcy chcą dokładnie opisać mechanizm zaobserwowanych zmian, by móc ekstrapolować wyniki badań z Kansas na inne regiony świata i określić, w jaki sposób zmiany opadów wpłyną na gleby i ekosystemy. « powrót do artykułu

Oczyszczanie wody z rozpuszczalników organicznych, takich jak trichloroetylen (TRI), to nic nowego. Ale znalezienie metody, która takie zanieczyszczenia rzeczywiście neutralizuje, a nie tylko przesuwa w inne miejsce, to już wyczyn. Zespół pod kierunkiem dr hab. Anny Śrębowatej opracował metodę katalitycznego wodorooczyszczania, czyli przekształcania TRI w mniej szkodliwe dla środowiska węglowodory. Dzięki naukowcom z IChF PAN woda, nie tylko w naszych kranach, ale też w rzekach, może być czystsza i bezpieczniejsza dla zdrowia. Czysta woda to skarb, a zarazem dobro coraz trudniej dostępne. Rozmaite zanieczyszczenia są powszechne, a część z nich niezwykle trudno usunąć. Do takich zanieczyszczeń należy trichloroetylen (w Polsce oznaczany akronimem TRI). Ten organiczny rozpuszczalnik był powszechnie stosowany np. w syntezach organicznych, pralniach chemicznych oraz do przemysłowego odtłuszczania metali w procesie ich obróbki. Ze względu na szkodliwość od 2016 r. jego użycie zostało oficjalnie zakazane. Jednakże biorąc pod uwagę trwałość, może on jeszcze przez wiele lat występować zarówno w wodzie, jak i glebie – wyjaśnia Emil Kowalewski z zespołu, który opracował nowatorską metodę oczyszczania wody z tego związku. Projekt jest częścią globalnego trendu skoncentrowanego na ochronie zasobów wodnych. Prowadzone badania mogą być interesujące dla przemysłu, stać się potencjalnym punktem wyjścia do opracowania nowatorskich systemów oczyszczania wody. Dlaczego? Dzisiejsze oczyszczalnie ścieków to systemy składające się z wielu procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych, ale efektywnie eliminują głównie konwencjonalne zanieczyszczenia. Inne przy odpowiednio wysokich stężeniach mogą pozostawać w wodzie. Tymczasem trichloroetylenu nie powinno być w niej wcale, ze względu na to, że jest mutagenny, kancerogenny, teratogenny, a do tego niezwykle trwały. Kumuluje się i zostaje na dnie zbiorników, a że jego rozpuszczalność w wodzie jest bardzo słaba, może szkodzić jeszcze przez wiele lat. Dziś z takimi związkami radzimy sobie, głównie przeprowadzając ich sorpcję. Jednakże w ten sposób jedynie przenosimy zagrożenie z miejsca na miejsce. Atrakcyjnym rozwiązaniem wydaje się katalityczne wodorooczyszczanie, czyli przekształcanie TRI w mniej szkodliwe dla środowiska węglowodory. Aby w pełni wykorzystać potencjał drzemiący w tej metodzie, trzeba było jednak opracować wydajny, stabilny i tani katalizator -mówi dr hab. Anna Śrębowata, profesor IChF. Wcześniej przeprowadzaliśmy badania z katalizatorami palladowymi. Były skuteczne, ale kosztowne - uśmiecha się Emil Kowalewski. Nowe katalizatory niklowe, opracowane w IChF PAN, pozwalają w tani i efektywny sposób prowadzić proces oczyszczania wody w trybie przepływowym, a przy tym są proste w syntezie. Wykorzystując katalizator, w którym nanocząstki niklu o średnicy ok. 20 nm osadzamy na powierzchni węgla aktywnego, łączymy właściwości sorpcyjne węgla i aktywność katalityczną niklu - wyjaśnia dr Kowalewski. W swoich badaniach naukowcy z IChF PAN wykazali ponadto, że nanocząstki niklu osadzone na węglu aktywnym o częściowo uporządkowanej strukturze wykazują wyższą aktywność i stabilność niż analogiczny katalizator oparty na nośniku o strukturze amorficznej. Naukowcy są jednak najbardziej dumni z innowacyjnego elementu swoich badań: technologii przepływowej. Dzięki niej można optymalizować parametry procesu, zmniejszyć ilość odpadów, a przy tym wykorzystywać katalizatory, które w reaktorach okresowych (czyli takich, gdzie jednorazowo oczyszcza się określoną partię produktu) były nieefektywne lub wręcz nieskuteczne. Tak było z naszym katalizatorem niklowym - opowiada dr Kowalewski. Bez technologii przepływowej jego zdolności do utylizowania TRI szybko spadały, katalizator ulegał zatruciu. W reaktorze przepływowym nawet po 25 godzinach nie obserwowaliśmy spadku aktywności, choć prowadziliśmy badania na stężeniach około 8000 razy przekraczających polskie normy jego zawartości w wodzie pitnej. Gdzie można wykorzystać nowatorską metodę? Przede wszystkim w stacjach uzdatniania wody i oczyszczalniach ścieków. Tam, gdzie chcemy, żeby woda trafiająca do "końcowego odbiorcy", niezależnie czy jest to użytkownik wody z kranu, czy pływająca w rzece ryba, była czysta. A co zrobić z produktami reakcji wodorooczyszczania wody z trichloroetylenu? Powstającymi związkami są węglowodory, głównie etylen. Nie powstaje go jednak na tyle dużo, by wystarczyło na dojrzewalnię bananów - uśmiecha się półżartem naukowiec. Po prostu się ulotni... « powrót do artykułu

W Hiszpanii powstała woda o smaku wina, która pozwala konsumentom cieszyć się wybornym smakiem bez ryzyka upojenia alkoholowego. Vida Gallaecia to efekt 2-letniej współpracy między Bodega Líquido Gallaecia i Narodowym Komitetem Badań Naukowych (Consejo Superior de Investigaciones Científicas, CSIC). Ponoć finalny produkt smakuje jak wino, ale nie zawiera alkoholu i jest niskokaloryczny. Receptura to, oczywiście, tajemnica. Wiadomo tylko tyle, że wykorzystuje się flawonole z winogron i wytłoczyn po produkcji wina. Woda jest wzbogacana flawonolami z winogron i resztek po produkcji wina Godello. [Zdecydowaliśmy się na to, bo] wiele badań powiązało spożycie flawonoli z korzyściami dla zdrowia. Mają one, na przykład, pozytywny wpływ na cukrzycę. [Trudno się zresztą dziwić, gdyż] działają przeciwutleniająco, antybakteryjnie i kardioochronnie - podkreśla dr Carmen Martínez z Misión Biológica de Salcedo (CSIC). Vida Gallaecia jest wzbogacana smakami białego (Godello) i czerwonego szczepu winogron (Mencia, jaen). Sama woda pochodzi z galicyjskich źródeł. Produkt miał niedawno swoją premierę. Teraz Bodega Líquido Gallaecia szuka partnerów handlowych. Niedługo wodę o smaku wina będzie można kupić w Hiszpanii, ale ponoć winiarze widzą największy potencjał w rynku japońskim. Z bodegą kontaktowały się też pewne linie lotnicze, które chciałyby serwować napój w swoich maszynach. « powrót do artykułu

Misja OSIRIS-REx, która niedawno dotarła do asteroidy Bennu, odkryła uwięzioną wewnątrz wodę. To potwierdzenie, że Bennu jest bardzo cennym obiektem do badań naukowych. OSIRIS-REX znajduje się w odległości kilkunastu kilometrów od asteroidy. Badania rozpoczęły się przed tygodniem. Naukowcy dysponują już pierwszymi danymi. Pochodzą one z dwóch spektrometrów OSIRIS-REx Visible and Infrared Spectrometer (OVIRS) oraz OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer (OTES). Wskazują one na istnienie grup hydroksylowych, molekuł składających się z atomów tlenu i wodoru. Uczeni przypuszczają, że istnieją one w całej asteroidzie i są zamknięte w tworzących ją glinach. To zaś oznacza, że w którymś momencie swojej historii materiał tworzący Bennu zetknął się z wodą. Sama asteroida jest zbyt mała, by występowała na niej woda w stanie ciekłym, jednak odkrycie grup hydroksylowych wskazuje, że ciekła woda była obecna na znacznie większej asteroidzie macierzystej, z której Bennu powstała. Obecność minerałów zawierających grupy hydroksylowe potwierdza, że Bennu, pozostałość po formowaniu się Układu Słonecznego, jest wspaniałym obiektem badań. Gdy w 2023 roku na Ziemię zostaną przywiezione próbki asteroidy, naukowcy zyskają skarbiec nowych informacji o historii i ewolucji Układu Słonecznego, mówi Amy Simon z Goddard Space Flight Center. Dane przekazane przez OSIRIS-REx Camera Suite (OCAMS) potwierdzają prawdziwość modelu asteroidy, który powstał w 2013 roku na potrzeby misji. Model ten bardzo blisko przypomina rzeczywisty kształt, średnicę i prędkość obrotową asteroidy. Powierzchnia Bennu to mieszanina fragmentów wypełnionych skałami i fragmentów dość płaskich. Ilość skalistych nierówności jest jednak większa niż się spodziewano. Zespół naukowy chce bliżej przyjrzeć się asteroidzie, by dobrze wybrać miejsce, z którego zostaną pobrane próbki. Wstępne dane wskazują, że wybraliśmy dobry obiekt dla misji OSIRIS-REx. Dotychczas nie napotkaliśmy na żadne problemy, z którymi nie moglibyśmy sobie poradzić. Sonda jest w dobrej kondycji, a instrumenty naukowe pracują lepiej, niż to wymagane. Czas rozpocząć naszą przygodę, stwierdził Dante Lauretta, główny naukowiec misji. Obecnie OSIRIS-REx wykonuje wstępne badania asteroidy, przelatując nad jej równikiem oraz oboma biegunami w odległości 7 kilometrów. Na ich podstawie zostanie obliczona masa obiektu. Jej znajomość jest niezbędnym elementem potrzebnym do umieszczenia sondy na orbicie Bennu. Po raz pierwszy OSIRIS-REx ma trafić na orbitę Bennu 31 grudnia. Pozostanie tam do połowy lutego. Później rozpocznie kolejną serię przelotów nad asteroidą. Już obecnie wiadomo, że orbita na którą trafi OSIRIS-REx będzie znajdowała się nad centralną częścią Bennu, na wysokości 1,4–2 kilometrów. « powrót do artykułu

Rosnąca liczba ludności wywiera coraz większy wpływ na środowisko naturalne. Szczególnym wyzwaniem jest zapewnienie odpowiednich zasobów rozrastającym się miastom, których zapotrzebowanie na surowce naturalne jest olbrzymie. Okazuje się, że zwiększenie liczby mieszkańców miasta może prowadzić do lepszego wykorzystywania zasobów. Do takich wniosków doszli naukowcy z Pennsylvania State University, którzy przeanalizowali sposób użycia wody w 65 amerykańskich miastach. Badali miejscowości od średnich rozmiarów po wielkie światowe metropolie. Organizacja życia człowieka na naszej planecie nigdy nie była bardziej złożona. Jesteśmy powiązani niezwykłą liczbą zależności światowego handlu i gospodarki. Mieszkańcy wsi kupują żywność przywożoną z drugiego końca kuli ziemskiej. Dlatego też potrzebujemy nowych złożonych narzędzi do analizowania sposobu, w jaki wykorzystujemy surowce naturalne, mówi inżynier profesor Caitlin Grady. Aby stworzyć narzędzia analityczne o których mowa, naukowcy musieli najpierw lepiej zrozumieć, w jaki sposób miasta wykorzystują wodę. Przyjrzeliśmy się sposobowi wykorzystywania wody. Nie tylko temu, jak woda trafia do kranów w domach, ale jak trafia do żywności, którą każde z miast produkuje i konsumuje. Przeanalizowaliśmy zarówno bezpośrednie jak i pośrednie użycie wody. Nasz ślad wodny, dodaje uczona. Naukowcy wykorzystali dane Departamentu Rolnictwa, Transportu i Służby Geologicznej na temat zaobów wody, przeanalizowali jej użycie przez rolnictwo, hodowlę i przemysł. Okazało się, że w przeliczeniu na głowę mieszkańca, większe miasta zużywają mniej wody. W miarę, jak wzrasta populacja miasta, zmniejsza się konsumpcja wody w przeliczeniu na mieszkańca. Największe miasta są pod tym względem najbardziej efektywne, mówi Grady. Konsumpcja wody i jej zużycie do produkcji są powiązane ze strukturą gospodarczą miasta, która zmienia się w miarę jego wzrostu. To sugeruje, że większe miasta są bardziej zorientowane na usługi, a spada w nich znaczenie przemysłu. To pozwala wielkim miastom na zmniejszenie ich śladu wodnego poprzez przekierowanie aktywności wymagających zużycia dużych ilości wody do terenów słabiej zaludnionych, wyjaśnia doktorant Tasnuva Mahjabin. Zauważono też wyjątki. Nowy Orlean ma znacznie większą konsumpcję wody niż wskazywałaby na to jego wielkość, a z kolei zużycie wody w Los Angeles jest znacznie poniżej średniej dla tej wielkości miast. W przyszłości uczeni chcą rozwinąć swój model tak, by pozwalał na analizę większej liczby danych, na przykład, by mógł posłużyć do obliczenia ilości wody zużywanej do produkcji i dostaw energii elektrycznej czy stabilności systemu dostaw wody. « powrót do artykułu

Potężny laser rentgenowski został wykorzystany do podgrzania wody od temperatury pokojowej do 100 000 stopni Celsjusza w czasie krótszym niż 1/10 pikosekundy. W czasie eksperymentu powstał egzotyczny stan wody, a naukowcy mają nadzieję wykorzystać go do badań nad właściwościami życiodajnego płynu. Badanie tego typu będą miały też praktyczne przełożenie na techniki badania próbek biologicznych i innych materiałów za pomocą laserów z promieniowaniem X. Badania zostały przeprowadzone przez zespół Carla Calemana z DESY (Niemiecki Synchrotron Elektronowy) oraz szwedzkiego Uniwersytetu w Uppsali, który wykorzystał amerykański laser Linac Coherent Light Source (LCLS) ze SLAC National Accelerator Laboratory. Podczas eksperymentów w stronę strumienia wody wystrzeliwano ultrakrótkie intensywne promienie. To nie jest zwykły sposób podgrzewania wody. Normalnie, gdy podgrzewasz wodę jej molekuły trzęsą się coraz silniej i silniej, mówi Caleman. Z molekularnego punktu widzenia ciepło to ruch molekuł. Im wyższa temperatura tym szybszy ruch molekuł. Nasz sposób podgrzewania jest całkowicie różny. Intensywne promieniowanie X wyrzuca elektrony z molekuł wody i w ten sposób zaburza ich równowagę elektryczną. Więc nagle atomy odczuwają silny odrzut i zaczyna się gwałtownie poruszać, wyjaśnia uczony. W czasie krótszym niż 75 femtosekund (0,000000000000075 sekundy) woda przechodzi przemianę fazową z cieczy w plazmę, czy rodzaj elektrycznie naładowanego gazu. Jednak podczas tego przejścia woda wciąż ma gęstość ciekłej wody, gdyż jej atomy nie miały czasu, by się od siebie odsunąć, mówi współautor badań, Olof Jonsson z Uniwersytetu w Uppsali. Powstaje egzotyczny stan materii, który nie występuje na Ziemi. Ma on podobne cechy jak część plazmy w Słońcu czy w gazowym olbrzymie Jowiszu, ale ma mniejszą gęstość. Jednocześnie jest cieplejsza niż jądro Ziemi. Woda to dziwny płyn i gdyby nie to, że ma niezwykłe właściwości, wiele rzeczy na Ziemi nie byłoby takie, jakimi je znamy. Dotyczy to szczególnie życia, podkreśla Jonsson. Woda różni się od innych płynów gęstością, pojemnością cieplną czy przewodnictwem cieplnym. W przyszłości ten rozpowszechniony na Ziemi i jednocześnie tak niezwykły płyn będzie przedmiotem badań w planowym przez DESY Centrum Wiedzy o Wodzie. Najnowsze badania wykazały, że po uderzeniu bardzo silnym impulsem promieniowania przez 25 femtosekund w wodzie niemal nie zachodziły żadne zmiany strukturalne. Ale już po 75 femtosekundach zmiany takie były ewidentne. Naukowcy zauważają, że badania te pokazują, iż badanie za pomocą silnych laserów rentgenowskich wszystkiego, co nie jest kryształem, wiąże się ze zniszczeniem próbki. Trzeba brać to pod uwagę przy rozwijaniu technik obrazowania za pomocą laserów X pojedynczych molekuł i innych niewielkich próbek, dodaje Nicusor Timneanu z Uniwersytetu w Uppsali. « powrót do artykułu

Najbardziej obfitym i najłatwiej dostępnym źródłem odnawialnej energii jest Słońce. Jednak dotychczas, by wykorzystać jego potencjał, konieczne jest wykonanie wielu kroków pośrednich, które w efekcie pozwolą np. napędzać maszynę dzięki energii pozyskanej z naszej gwiazdy. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley stworzyli proste, wodne maszyny napędzane bezpośrednio przez Słońce. Teoretycznie można je skalować tak, by otrzymać pompy generujące energię. "Słoneczne maszyny" działają dzięki zjawisku napięcia powierzchniowego. Molekuły wody silnie na siebie oddziałują i, jak się okazało, można to oddziaływanie wykorzystać do poruszania obiektów po powierzchni wody. Urządzenia z Berkeley to kawałki przezroczystego plastiku, którego najdłuższa krawędź ma około centymetra. Pokryto je paskami ułożonych wertykalnie węglowych nanorurek. Jeśli teraz na taką maszynę pada światło Słońca, nanorurki się podgrzewają i ogrzewają wodę wokół. To zmniejsza napięcie powierzchniowe z jednej strony kawałka plastiku, który w efekcie jest odpychany od miejsca o niższym napięciu. Prace nad poruszanymi światłem słonecznym maszynami prowadzili Alex Zettl, profesor fizyki materii skondensowanej oraz profesor chemii i inżynierii chemicznej Jean M. J. Frechet. Profesor Zettl mówi, że warto je kontynuować, gdyż siły napięcia powierzchniowego są bardzo duże, a więc być może uda się je wykorzystać. Uczeni zademonstrowali dwie maszyny. Pierwsza z nich to łódka z nanorurkami przylepionymi z tyłu. Po oświetleniu nanorurek płynęła ona do przodu. Maksymalne prędkość łódki o długości 1 cm wynosiła 8 centymetrów na sekundę. Druga z maszyn to prosty wirnik. Do każdego z jego czterech skrzydeł przymocowano z jednej strony nanorurki. Po wystawieniu na działanie światła słonecznego kręcił się on z prędkością około 70 obrotów na minutę. Zettl i Frechet rozpoczęli swoje eksperymenty od małych obiektów, ponieważ poruszanie ich po wodzie stanowi poważne wyzwanie. W tej skali występujące turbulencje stanowią poważną przeszkodę. Ponadto w nanoskali napięcie powierzchniowe działa silniej niż grawitacja. Obaj uczeni mają nadzieję, że ich prace przyczynią się do powstanie przydatnych w medycynie miniaturowych urządzeń napędzanych laserem i korzystających z napięcia powierzchniowego płynów ustrojowych. Chcieliby też stworzyć nanowirniki do generatorów energii elektrycznej. Planują również wybudowanie dużej łodzi, która, po umieszczeniu z tyłu soczewek i nanorurek, byłaby napędzana Słońcem. Dean Alhorn, pracujący w NASA nad napędzanym słońcem satelitą NanoSail-D chwali prace swoich kolegów. Zauważa jednak, że muszą jeszcze dowieść, iż siła Słońca i napięcia powierzchniowego jest na tyle duża, by np. pokonać fale na otwartym akwenie.

Naukowcy z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology) poinformowali o dokonaniu przełomowego odkrycia, które w niedalekiej przyszłości zamieni światło słoneczne z marginalnego w główne źródło czystej energii. Akademicy opracowali bowiem tanią prostą metodę przechowywania energii. Dotychczas z energii słońca można było korzystać tylko w dzień, gdyż jej przechowywanie jest bardzo drogie i mało efektywne. Wykorzystanie energii słonecznej zawsze miało poważne ograniczenia. Teraz myślimy o Słońcu jako o niewyczerpanym źródle energii, z którego już wkrótce będziemy mogli korzystać - mówi profesor Daniel Nocera, jeden z głównych autorów studium. To wielkie odkrycie o olbrzymim znaczeniu dla przyszłości ludzkości - mówi Barber. Nie można go przecenić, gdyż umożliwia opracowanie technologii, które zmniejszą naszą zależność od paliw kopalnych, a jednocześnie pomogą w walce ze zmianami klimatycznymi - dodaje. Obecnie używane przemysłowe procesy elektrolizy, dzięki którym przeprowadza się rozkład wody na tlen i wodór, mają spore wady w porównaniu z technologią Nocery. Wykorzystywane są w nich bowiem bardzo drogie elektrody, a cały proces przebiega w silnie zasadowym środowisku. Sam Nocera mówi, że prace jego zespołu to dopiero początek. Jego zdaniem naukowcy wykorzystają nową technologię i w ciągu 10 lat rozpocznie się rewolucja, której skutkiem będzie ograniczenie scentralizowanych systemów produkcji i dystrybucji energii. Każdy właściciel domu będzie mógł korzystać za dnia z energii słońca, której nadmiar zostanie wykorzystany do przeprowadzenia elektrolizy wody, dzięki czemu zapewni sobie energię wówczas, gdy słońce nie świeci.

Francuscy inżynierowie wiercą dren o średnicy 22 cm, za pomocą którego zostanie odpompowana woda spod lodowca Tete-Rousse na górze Mont Blanc. Szacuje się, że w ukrytym jeziorze znajduje się ok. 65 tys. metrów sześciennych wody. Trzeba ją odprowadzić, by zapobiec powodzi w pobliskiej dolinie Saint-Gervais. Na zbiornik natrafiono podczas przeprowadzanej w zeszłym miesiącu rutynowej kontroli. Do powodzi w dolinie Saint-Gervais w Wysokiej Sabaudii, którą uważa się za raj dla miłośników pięknych krajobrazów i narciarzy, doszło już w 1892 roku. Zginęło wtedy 175 osób. Ponieważ obecnie malownicze okolice są chętnie odwiedzane przez turystów, a w dodatku mieszka tu ok. 3000 osób, zagrożenie należy traktować poważnie. W niedostępnym dla oczu jeziorze jest tyle wody, że dolina zginęłaby w odmętach w ciągu zaledwie 15 minut. Ucierpiałoby na tym 900 rodzin. Nic więc dziwnego, że już w lipcu na miejscu zainstalowano system alarmowy. Nicolas Karr z Biura Lasów Państwowych wyjaśnia, że operacja jest trudna, a zarazem delikatna. By dotrzeć do zbiornika, eksperci muszą się najpierw przedostać przez lód o grubości 40-50 m. Wszystko odbywa się na wysokości 3200 m n.p.m. Nie ma dróg, a do rejonu robót można dotrzeć wyłącznie helikopterem. Co więcej, często schodzą tu lawiny. Inżynierowie powinni skończyć przed połową października, ponieważ nie ma pewności, czy później pogoda dopisze. Nie wiadomo, czemu doszło do utworzenia ukrytego zbiornika. Być może wszystkiemu winne są podwyższone temperatury, niewykluczone jednak, że stało się dokładnie na odwrót i wyjątkowo chłodny okres wiosną czy wczesnym latem doprowadził do zablokowania naturalnych dróg odpływu. Ekipa zamierza usunąć z kieszeni 1/3 wody. Nikt nie wie, co się wtedy stanie, dlatego miejscowych wtajemniczono ostatnio w plany ewakuacyjne.

Jak monitorować zwierzęta żyjące w jakimś akwenie wodnym? Można je wyławiać, określać prawdopodobną wielkość stada/populacji czy zliczać (także w nowocześniejszy sposób, np. znakując obrożami z GPS-em), ale najnowsze badania zespołu z Muzeum Historii Naturalnej w Kopenhadze demonstrują, że wystarczy nabrać kieliszek wody. Okazuje się, że w próbce o pojemności ok. 20 ml znajdują się ślady DNA wszystkich zwierząt zamieszkujących jezioro czy staw. Metoda okazała się tak skuteczna nie tylko w określaniu, jakie istoty zamieszkują wody, ale także ile ich jest, że Duńczycy przypuszczają, że w ten sposób będzie się kiedyś zliczać ryby. "W próbce wody znaleźliśmy DNA tak odmiennych zwierząt, jak wydra i ważka. Wykazaliśmy, że metoda wykrywania materiału genetycznego działa w szerokim spektrum rzadkich gatunków zamieszkujących wody słodkie - wszystkie one zostawiają w środowisku ślady DNA, które można wykryć nawet w niewielkiej ilości wody z habitatu" - opowiada doktorant Philip Francis Thomsen. Zespół z Kopenhagi badał faunę 100 jezior i strumieni europejskich. Posłużono się zarówno zliczaniem, jak i techniką bazującą na DNA. Okazało się, że 2. z metod jest skuteczna nawet w przypadku bardzo rozrzedzonej i nielicznej populacji. Poza tym udowodniono, że ilość DNA w środowisku koreluje z zagęszczeniem osobników, czyli można w ten sposób określić wielkość populacji.

Naukowcom z Instytutu Optyki University of Rochester udało się zmusić wodę by krążyła w pionie, wspinając się po krzemowej powierzchni bez pomocy pomp i innych urządzeń mechanicznych. Ich odkrycia mogą w przyszłości posłużyć do produkcji nowych systemów chłodzenia układów scalonych. Chunlei Guo i Anatoliy Vorobyev, o których pracy informowaliśmy w ubiegłym roku, wykorzystali wyjątkowo krótkie, silne impulsy lasera do stworzenia odpowiednich żłobień na powierzchni krzemu. To właśnie one powodują, że woda pnie się w górę. Przy wielkościach liczonych w skali nano molekuły krzemu oddziałują na molekuły wody silniej, niż inne molekuły wody. To pozwala na przepływ. Stworzenie za pomocą lasera odpowiednich kanałów na powierzchni umożliwia sterowanie tym przepływem. Molekuły wody poruszają się w górę, gdyż każda z nich "chce" zetknąć się z krzemem. Ruch odbywa się z prędkością 3,5 centymetra na sekundę.

Tradycyjne techniki wykorzystywanie płynącej wody do produkcji energii elektrycznej - np. turbiny - wymagają, by woda płynęła z prędkością co najmniej 9,2 kilometra na godzinę. Profesor Michael Bernitsas z University of Michigan informuje o stworzeniu technologii, która umożliwia uzyskanie energii z wody, poruszającej się z prędkością zaledwie 1,8 km/h. Vivace (Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy) umożliwia produkowanie czystej energii w cenie zaledwie 5,5 centa za kilowatogodzinę. Technologia korzysta ze zjawiska, które widzimy, obserwując, obiekty zacumowane w płynącej się wodzie. Poruszają się one wówczas w górę i w dół. Ruchy te, wywoływane wirami - korzystają z nich też ryby poruszające się pod prąd strumienia - są proporcjonalne do prędkości przepływu wody. Bernitsas użył zespołu cylindrów, które ustawił poziomo wpoprzek prądu. Cylindry były poruszane przez wodę w górę i w dół, wykonywały więc pracę, którą można zamienić na energię elektryczną. Profesora zainspirowało wcześniej wykonywane zlecenie. Opracował on bowiem technologię, która miała tłumić wywołane przepływem wody, ruchy morskich platform wiertniczych. Zdałem sobie sprawę, że jeśli udałoby się zwiększyć te ruchy, zamiast je tłumić, moglibyśmy pozyskać energię - mówi naukowiec. Opracował więc technikę, która aż o 540% zwiększyła częstotliwość ruchów góra-dół. W warunkach naturalnych zakotwiczony obiekt zanurzony w wodzie będzie wykonywał oscylacyjne ruchy, których sinusoida nie przekracza zbytnio jego własnej wysokości. Tymczasem w systemie Bernitsasa wysokość sinusoidy ruchów pojedynczego cylindra wynosi 270% jego własnej wysokości, a sinusoida systemu połączonych cylindrów to 5,7 wysokości cylindra. Tworząc Vivace naukowiec opierał się na modelu z przyrody, a konkretnie na rybach, które płyną pod prąd strumienia, mimo iż ich własne mięśnie są zbyt słabe, by prąd ten pokonać. Zwierzęta wykorzystują bowiem tworzące się w wodzie wiry. Wyginając ciało, doprowadzają do powstania wirów, które pchają je do przodu. Wygięcie ciała w przeciwnym kierunku, prowadzi do powstania kolejnych, pchających wirów. W ten sposób, dzięki naprzemiennym ruchom, ryby uzyskują z wody dodatkową siłę, która pomaga im w przezwyciężeniu silnego prądu. Próbna instalacja składa się z cylindrów umieszczonych w pionowych prowadnicach. Poruszające się w górę i dół cylindry napędzają generator energii. Jak możemy dowiedzieć się z witryny firmy Vortex Hydro Energy, która powstała w celu skomercjalizowania wynalazku, Vivace na wiele zalet. Przede wszystkim wymaga 50-krotnie mniejszej powierzchni niż elektrownie pływowe. Ponadto całość instalacji jest umieszczona pod wodą, dzięki czemu nie zakłóca to żeglugi. W porównaniu z tradycyjnymi zaporami na rzekach, Vivace znacznie mniej ingeruje w ekosystem. Prototypowa instalacja jest obecnie badana w Marine Hydrodynamic Laboratory na University of Michigan. Prace finansują Departament Energii oraz Office Naval Research.

Naukowcy z Queensland University of Technology (QUT) odkryli, że rośliny odgrywają ważną rolę w jonizacji powietrza. Doktorzy Rohan Jayaratne i Xuan Ling przeprowadzili eksperymenty w 6 miejscach wokół Brisbane. Stwierdzili, że stężenie anionów i kationów w powietrzu było na terenach gęsto zadrzewionych 2-krotnie wyższe niż na otwartych obszarach porośniętych trawą, np. parkach. Jayaratne wyjaśnia, że w atmosferze znajdują się śladowe ilości gazu radonu, który w czasie rozpadu emituje promieniowanie alfa o małej przenikliwości, ale o dużej zdolności jonizującej. Za powstawanie jonów odpowiada też promieniowanie kosmiczne. Radon to produkt rozpadu radu, który naturalnie występuje w skałach i minerałach. Ponieważ rad występuje w skałach, a radon jest rozpuszczalny w wodzie, w wodach gruntowych występuje szczególnie dużo tego pierwiastka. Drzewa działają jak pompy radonu. Najpierw za pomocą korzeni pobierają wodę z Rn, a potem przeprowadzają transpirację [czynne parowanie wody z nadziemnych części roślin]. Szczególnie dobrymi pompami radonu są drzewa z głębokim systemem korzeniowym, np. eukaliptusy. Australijczycy wyliczyli, że w lesie eukaliptusowym, gdy wskaźnik transpiracji jest najwyższy, drzewa odpowiadają za 37% radonu w powietrzu. Naukowcy przypominają, że cząstki naładowane z większym prawdopodobieństwem odkładają się w płucach niż cząsteczki nienaładowane. Nie sądzimy, że jony są niebezpieczne - zagrożenie stwarzają zanieczyszczenia. Jeśli w powietrzu nie ma groźnych cząsteczek, które mogłyby się przyłączyć do jonów, nie ma ryzyka utraty zdrowia.

W Układzie Słonecznym występują trzy rodzaje planet: gazowe giganty (Jowisz i Saturn), skaliste obiekty typu ziemskiego (Merkury, Wenus, Ziemia i Mars) oraz pokryte lodem duże planety jak Uran i Neptun. W innych miejscach przestrzeni kosmicznej znaleziono też kilka innych typów planet. Teraz dołączył do nich nowy rodzaj. W 2009 roku odkryto planetę oznaczoną jako GJ1214b. Najnowsze analizy przeprowadzone przez astronomów z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics wykazały, że jest to planeta pokryta w większości wodą, która posiada grubą atmosferę, składającą się głownie z pary wodnej. GJ1214b jest inna od wszystkich znanych planet. Znaczną część jej masy stanowi woda - mówi Zachory Berta. GJ1214b ma średnicę o 2,7 raza większą od średnicy Ziemi i jest około 7-krotnie cięższa od naszej planety. Krąży wokół czerwonego karła, którego obiega w ciągu zaledwie 38 godzin. Temperatura na jej powierzchni wynosi prawdopodobnie 232 stopnie Celsjusza. GJ1214b znajduje się w odległości 40 lat świetlnych od Ziemi, w kierunku gwiazdozbioru Wężownika. Naukowcy przypuszczają, że wysoka temperatura i ciśnienie powodują, że na planecie występują egzotyczne stany materii, takie jak „gorący lód“ czy „nadpłynna woda“. Teoretycy spekulują, że GJ1214b powstała w większej odległości od swojej gwiazdy, jednak z czasem przybliżyła się do niej. W międzyczasie przeszła przez ‚strefę zamieszkania“. Nie wiadomo, jak długo w niej krążyła.

Amerykańscy naukowcy oznakowali kałamarnice Humboldta (Dosidicus gigas). Dzięki temu mogli śledzić ich poczynania w środowiskach niemal pozbawionych tlenu. Jak tłumaczy Julia Stewart z Uniwersytetu Stanforda, głowonogi nurkują w ciągu dnia i spędzają w wodach ubogich w tlen wiele godzin, wracając w pobliże powierzchni dopiero na noc. Byliśmy świadkami ich imponujących zanurzeń na głębokość 1,5 km. Zwierzęta przepływały przez obszary z bardzo niską zawartością tlenu. Tagi odnotowywały temperaturę i głębokość. Po prawie miesiącu odpadały od ciała kałamarnicy i dryfowały na powierzchni. Gdy znajdowały się w zasięgu satelity, przekazywały zapisane informacje. Naukowcy ze Stacji Morskiej Hopkinsa, która należy do Uniwersytetu Stanforda, prowadzili badania w obrębie Prądu Kalifornijskiego. Na głębokości ponad 500 m znajduje się tam pas wody o niskiej zawartości tlenu, dlatego zastanawiano się, jak D. gigas sobie z tym radzą. To niesamowite. Zwierzę, które wydawałoby się, potrzebuje dużo tlenu, pływa tam z podobną prędkością jak w wysoce natlenowanych wodach. Wydaje się, że w warunkach niedoboru tlenu potrafi w jakiś sposób przyhamować metabolizm, ale to wcale nie oznacza, że jest letargiczne. Pływa wtedy całkiem żwawo. Ustalono, że w wodach powierzchniowych kałamarnice Humboldta osiągają prędkość 3 m/s, a na największych głębokościach 1-2 m/s. Spowolnienie nie jest więc tak duże, jak można by się spodziewać.

Dwa-trzy metry pod powierzchnią pustyni Atakama, która należy do najsuchszych obszarów na świecie, tętni życie. Występujące tam archeony i bakterie muszą sobie radzić bez dostępu do tlenu i światła słonecznego, ale wody i pokarmu im tam nie brakuje. Bakteryjna oaza została odkryta przez naukowców z hiszpańskiego Centrum Astrobiologii i chilijskiego Universidad Católica del Norte. Użyto do tego wykrywacza oznak życia SOLID. Ukuliśmy nazwę oaza mikrobów, ponieważ znaleźliśmy mikroorganizmy rozwijające się w habitatach obfitujących w halit [będący głównie chlorkiem sodu] i inne wysoce higroskopijne materiały, np. anhydryt - wyjaśnia koordynator projektu Victor Parro. Minerały, na których występują bakterie, podlegają rozpływaniu, czyli adsorpcji wody z atmosfery przez ciało stałe, w wyniku której powstaje stężony roztwór ciała stałego. Początkowo w wyniku kondensacji powstaje film wody o grubości zaledwie kilku mikronów. SOLID (od ang. Signs of Life Detector) powstał z myślą o przyszłych misjach badawczych na Marsie. Najważniejszym elementem wykrywacza jest chip (LDChip), w którym znajduje się ok. 450 przeciwciał do identyfikowania DNA, cukrów czy białka. Po pobraniu próbki następuje inkubacja, a na końcu pojawia się obraz, gdzie ewentualne jasne punkty wskazują na obecność określonych związków albo mikroorganizmów. Próbki pobierano do głębokości 5 metrów. Odkrywane organizmy fotografowano pod mikroskopem elektronowym. Ze stanu uśpienia można je było wyrwać, dolewając nieco wody.