Znajdź zawartość

Ku zaskoczeniu amerykańskich naukowców okazało się, że nawilżaczem w implantach stawów biodrowych typu metal-metal jest grafit, nie białka. Wiedza ta pozwoli zaprojektować lepsze materiały do implantów, które będą mniej podatne na zużycie. Zespół złożony ze specjalistów z Northwestern University, Centrum Medycznego Rush University oraz Universität Duisburg-Essen odkrył, że kluczowym składnikiem lubrykantu z powierzchni implantu typu metal-metal jest grafit. Nawilżacz jest zatem bardziej podobny do występującego w silniku spalinowym niż w naturalnym stawie. Materiały protetyczne stawów biodrowych (metale, polimery i ceramika) wytrzymują przeważnie powyżej 10 lat. Po upływie dekady mamy jednak do czynienia ze zwiększoną częstotliwością uszkodzeń, zwłaszcza u młodych, aktywnych osób. Nic dziwnego więc, że marzeniem ortopedów jest wydłużenie żywotności implantów stawów biodrowych do 30-50 lat. Najlepiej zaś, by służyły pacjentowi do końca życia. Teraz, gdy zaczynamy rozumieć, jak przebiega nawilżanie tych implantów w organizmie, mamy punkt zaczepienia, żeby je ulepszyć - podkreśla prof. Laurence D. Marks. Wcześniejsze badania 2 członków ekipy, Alfonsa Fischera z Universität Duisburg-Essen i Markusa Wimmera z Centrum Medycznego Rush University, wykazały, że nawilżająca warstwa tworzy się na metalowych stawach w wyniku tarcia (następuje tzw. zużycie trybologiczne). Kiedy już powstanie, zmniejsza tarcie, a także ogranicza zużycie i korozję. Autorzy opracowania opublikowanego w Science porównują film graniczny protezy do cienkiej warstewki wody pozwalającej łyżwiarzowi ślizgać się po lodzie. Naukowcy wiedzieli więc już o istnieniu warstwy smarującej, która występuje zarówno na powierzchni głowy, jak i panewki, dotąd nie mieli jednak pojęcia, z czego jest ona zbudowana. Zakładano, że to białka albo inna substancja występująca w organizmie. Zespół złożony ze specjalistów z wielu dziedzin badał 7 implantów, pobranych od pacjentów z różnych względów. Akademicy posłużyli się m.in. mikroskopami optycznymi i elektronowymi. Spektra utraty energii elektronów wskazały na grafit. Bazując na tym i na innych dowodach, naukowcy doszli do wniosku, że warstwa nawilżająca składa się głównie z grafitu.

Nosząc podczas walki zbroje, średniowieczni żołnierze zużywali 2-krotnie więcej energii, niż gdyby ich na siebie nie wkładali. Naukowcy z Wielkiej Brytanii, Włoch i Nowej Zelandii jako pierwsi klarownie zademonstrowali, w jaki sposób średniowieczna zbroja ograniczała wydajność rycerzy oraz innych osób uczestniczących w wojnach i potyczkach zbrojnych. Wyniki badań ukazały się w piśmie Proceedings of the Royal Society B. Podczas walki XV-wieczni żołnierze nosili zbroję ze stalowych płyt, ważącą przeważnie 30-50 kg. Uważa się, że to istotny czynnik który w dużej mierze decydował o tym, czy dana armia wygra, czy poniesie porażkę. Odkryliśmy, że noszenie takiego ciężaru rozłożonego na całym ciele wymaga zużycia o wiele większych ilości energii niż noszenie identycznej masy w plecaku. Dzieje się tak, gdyż kończyny są obciążone dodatkowymi kilogramami [ok. 7-8], co oznacza, że trzeba włożyć więcej wysiłku w każdy krok. W przypadku plecaka ciężar znajduje się w jednym miejscu i przesunięcie nóg jest prostsze – tłumaczy szef zespołu badawczego dr Graham Askew z Uniwersytetu w Leeds. Podczas eksperymentów akademicy z Leeds, Mediolanu i Auckland współpracowali z wytrenowanymi ochotnikami, którzy odtwarzają walki dla Royal Armouries Museum w Leeds. Wkładali oni dokładne repliki 4 rodzajów europejskich zbroi pełnych (w tym angielskiej, północnowłoskiej i niemieckiej, zwanej częściej gotycką) i biegali oraz maszerowali na bieżni. W tym czasie za pomocą maski do respirometrii mierzono zużycie tlenu i ilość wydalanego dwutlenku węgla. W ten sposób uzyskiwano dane dotyczące wykorzystania energii. Dodatkowo akademikom udało się stwierdzić, jak zbroja wpływała na oddech. W normalnych warunkach osoba wykonująca ćwiczenia na bieżni oddychałaby głęboko, tymczasem tutaj pojawiała się seria o wiele płytszych ruchów klatki piersiowej, które także przyczyniały się do zużywania większych ilości energii. Przy poruszaniu się bardzo szybko zaczynało brakować tchu, co zapewne mocno ograniczało wydajność bojową – podkreśla dr Federico Formenti z Uniwersytetu w Auckland. Kamera szybkoklatkowa pozwoliła na analizę ruchów kończyn. W XV w. zaczęto stosować na dużą skalę nowe rodzaje broni – kusze i długie angielskie łuki. Musiała więc wyewoluować także zbroja. Zbroja pełna, często tzw. płytowa, pokrywała całe ciało żołnierza. Za dodatkową ochronę trzeba było jednak słono zapłacić dodatkowym wysiłkiem. Co ciekawe, dotąd nikt nie sprawdził eksperymentalnie, jak dużym. Naukowcy sądzą, że zbroje przesądziły o wynikach różnych bitew, np. pod Azincourt, gdzie mający znaczną przewagę liczebną Francuzi przegrali z wojskami angielskimi pod wodzą króla Henryka V. Zakuci w zbroje Francuzi utknęli w błocie, które po nocnej burzy pokryło całą równinę. Trzon zwycięskiej armii stanowiło właśnie łucznictwo. W XVI w. sytuacja na polach bitwy zmieniła się, ponieważ na początku tego stulecia broń palna zaczęła osiągać coraz większy stopień rozwoju tak technicznego, jak i formalnego. Wskutek tego zmniejszyła się liczba starć twarzą w twarz. Interesujące, co się wtedy stało ze zbroją. Usunięto część osłaniającą podudzia, czyli element zwiększający energetyczność ruchów nóg – opowiada Askew.

Ekologiczne dachy, które chłodzą miasta czy zużywają nadmiar dwutlenku węgla, tworzy się, obsadzając je roślinami. Powszechnie uznaje się, że do tego celu najlepiej nadają się różne gatunki rozchodników (Sedum), ponieważ mogą wytrzymać długi czas bez podlewania albo deszczu. Tijana Blanusa z brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Ogrodniczego znalazła jednak lepszych kandydatów do zadań specjalnych tego typu... Po co komu rośliny na dachu, pomijając aspekt estetyczny czy rekreacyjny takiego zabiegu? Powodów można wymienić co najmniej kilka. Po pierwsze, zieleń absorbuje mniej ciepła niż beton, co ma spore znaczenie latem i późną wiosną. Budynek nie nagrzewa się, a jego właściciel oszczędza, nie uruchamiając klimatyzacji. Dodatkowe chłodzenie zapewnia też proces ewapotranspiracji, czyli parowania terenowego – obejmuje on parowanie z gruntu (ewaporację) i transpirację (parowanie zachodzące za pośrednictwem aparatów szparkowych, skórki i przetchlinek roślin). Po drugie, rośliny zmniejszają ryzyko powodzi, zatrzymując deszczówkę. Po trzecie wreszcie, dachowi przedstawiciele flory absorbują CO2, wykorzystując go w ramach fotosyntezy. Blanusa postanowiła porównać różne gatunki rozchodników z czyśćcem wełnistym (Stachys byzantina) i bergenią sercowatą (Bergenia cordifolia). Chciała sprawdzić, jak odmienności w kształcie i budowie liści wpływają na panującą nad nimi temperaturę. Okazało się, że w okresie 2 lat eliptyczne, pokryte gęstymi włoskami (kutnerem) liście czyśćca zawsze były najchłodniejsze, nawet w okresie silnego stresu. Liście innych roślin były o kilka stopni cieplejsze niż wtedy, gdy je podlewano, a liściom S. byzantina [nazywanego po angielsku jagnięcymi uszami] udawało się zachować niższą temperaturę od gatunków pozbawionych włosków. Kiedy Brytyjka umieściła termometr 20 cm nad każdą z roślin, odkryła, że w najgorętsze letnie popołudnia jego wskazania także były najniższe nad czyśćcami. Mark Simmons, ekolog z Uniwersytetu Teksańskiego, prowadził podobne eksperymenty. Naukowiec wybrał 6 zielonych dachów na terenie Austin. Ustalił, że w tamtejszym klimacie – przy częstych powodziach błyskawicznych, po których następują okresy suszy – rozchodniki zdecydowanie się nie sprawdzają. Rośliny zaczynają bowiem gnić. Wszystkie badane przez Amerykanina rośliny chłodziły znajdujące się wokół powietrze, ale trawy, np. kukurydza czy palczatka Gerarda (Andropogon gerardii), najlepiej radziły sobie z okresowym nadmiarem deszczówki.

Coraz liczniejsze badania dowodzą, że większość biopaliw nie jest tak ekologiczna, jak początkowo sądzono. Naukowcy z University of Minnesota sprawdzili, ile litrów wody pochłania produkcja bioetanolu z kukurydzy. Dotychczas oceniano, że do wyhodowania kukurydzy i wyprodukowania z niej litra paliwa potrzeba od 263 do 784 litrów wody. Okazuje się jednak, że rozpiętość jest tutaj znacznie większa i waha się w zależności od klimatu oraz infrastruktury w stanie, w którym odbywa się produkcja. Z najnowszych danych, opublikowanych w Environmental Science and Technology wynika, że produkcja litra bioetanolu z kukurydzy pochłania od 5 do 2138 litrów wody. Badania wykazały również, że w latach 2005-2008 w USA produkcja bioetanolu z kukurydzy wzrosła dwukrotnie, a ilość zużywanej w tym celu wody zwiększyła się ponadtrzykrotnie. Profesor inżynierii biosystemów Sangwon Suh zauważa, że ma to związek z faktem, iż w miarę jak paliwo tego typu zdobywa popularność, areały uprawy kukurydzy rozszerzają się na słabo nawodnione okolice, a więc zużycie wody rośnie. Suh wraz ze swoimi kolegami przeanalizował dane dotyczące upraw kukurydzy na żywność i na paliwo. Wzięli pod uwagę położenie pól, plony i zużycie wody. Dowiedzieli się dzięki temu, że ponad 80% kukurydzy przeznaczanej na paliwo rośnie w promieniu 64 kilometrów od rafinerii. Kojarząc te dane z mapami dotyczącymi infrastruktury nawadniającej konkretne obszary, byli w stanie wyliczyć zużycie wody na litr paliwa. W stanach takich jak Ohio, Kentucky czy Iowa, gdzie pola kukurydzy nie muszą być sztucznie nawadniane, zużywa się 5-7 litrów wody na litr paliwa. Jednak rosnąca popularność bioetanolu powoduje, że kukurydza jest coraz częściej uprawiana w Nebrasce, Kolorado czy Kalifornii, gdzie konieczne jest intensywne sztuczne nawadnianie. David Pimentel z Cornell University uważa, iż najnowsze dane to kolejny gwóźdź do trumny tego rodzaju paliwa. Pimentel jest autorem studium, z którego wynika, że produkcja bioetanolu wymaga zużycia większej ilości energii, niż zapewnia jego spalenie, a nawożenie pól przyczynia się do olbrzymiego zatrucia wód Zatoki Meksykańskiej. Tymczasem ustawa U.S. Energy Independence and Security Act przewiduje, że produkcja bioetanolu powinna wzrosnąć z obecnych 34 miliardów do 57 miliardów litrów rocznie w 2015 roku. Z danymi Suha nie zgadza się Geoff Cooper, wiceprezes ds. badań Renewable Fuels Association. Jego zdaniem nie ma mowy o potrojeniu się zużycia wody. Sam Suh jest też optymistą i twierdzi, że genetycznie zmodyfikowana kukurydza oraz ponowne wykorzystanie leżących odłogiem pól pozwolą znacząco zmniejszyć zużycie wody do produkcji bioetanolu. Pimentel ostrzega: Dla czytającego artykuł konkluzja jest jasna - będzie to wymagało użycia coraz większej ilości wody. Jednak Suh jest z Minnesoty i trzeba być ostrożnym, gdyż Minnesota promuje bioetanol.