Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Rośliny utrzymają go przy życiu
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Co łączy uniwersyteckie laboratorium w Chicago, gdzie naukowcy schładzają atomy do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, uzyskując egzotyczny stan materii, z widocznymi przez okna drzewami uzyskującymi energię z fotosyntezy? Pozornie nic, ale najnowsze badania prowadzone na University of Chicago sugerują, że to, co robią naukowcy i to, co robią drzewa, może być bardziej podobne, niż nam się wydaje. Uczeni poinformowali właśnie na łamach PRX Energy, że znaleźli podobieństwa na poziomie atomowym pomiędzy fotosyntezą a kondensatami ekscytonowymi, niezwykłym stanem materii, który pozwala na bezstratne przesyłanie energii przez materiał. Odkrycie to może prowadzić do znacznego udoskonalenia elektroniki.
O ile nam wiadomo, nikt wcześniej nie zauważył tych podobieństw, a to, co odkryliśmy jest niezwykle ekscytujące, mówi współautor badań, profesor David Mazziotti.
Laboratorium Mazziottiego specjalizuje się w modelowaniu niezwykle złożonych interakcji pomiędzy atomami i molekułami. Przed trzema laty wykazano tam na przykład, że możliwe jest istnienie podwójnego kondensatu fermionów i ekscytonów, a spostrzeżenie to może zrewolucjonizować obrazowanie medyczne.
W ostatnim czasie Mazziotti oraz Anna Schouten i LeeAnn Sager-Smith modelowali zjawisko fotosyntezy na poziomie molekularnym. Gdy foton ze Słońca uderza w liść, dochodzi do wyładowania w specjalnej molekule. Energia tego wyładowania uwalnia elektron. Następnie elektron ten, wraz z dziurą, w której był, wędrują przez liść, przenosząc energię do miejsca, w którym rozpoczyna ona reakcję chemiczną wytwarzającą cukry odżywiające roślinę. Ta wędrująca para elektron-dziura zwana jest ekscytonem. Gdy naukowcy stworzyli model przemieszczania się wielu takich ekscytonów, zauważyli znany sobie wzorzec. Okazało się, że ekscytony w liściu czasem zachowują się bardzo podobnie do kondensatu Bosego-Einsteina, zwanego czasem piątym stanem materii.
W kondensacie Bosego-Einsteina cząstki zachowują się jak jedna cząstka. Dzięki temu w materiale takim energia może być przemieszczana bez strat. Zaobserwowanie takiego stanu materii podczas fotosyntezy to olbrzymie zaskoczenie, gdyż dotychczas kondensat Bosego-Einsteina obserwowano w bardzo niskich temperaturach. Naukowcy mówią, że to tak, jakbyśmy obserwowali kostki lodu tworzące się w filiżance gorącej kawy. Fotosynteza zachodzi w systemach w temperaturze pokojowej. Co więcej, struktura takich systemów jest nieuporządkowana. To warunki całkowicie odmienne od dziewiczych krystalicznych materiałów i niskich temperatur, w jakich uzyskuje się kondensaty elektronowe, mówi Schouten.
Zaobserwowane zjawisko nie obejmuje całego systemu, w którym dochodzi do fotosyntezy. Bardziej przypomina pojawiające się „wyspy” kondensatu. To jednak wystarczy, by zwiększyć transfer energii w systemie, wyjaśnia Sager-Smith. Z modelu wynika, że te „wyspy” podwajają wydajność całego procesu.
Profesor Mazziotti jest zadowolony z odkrycia i mówi, że otwiera ono nowe możliwości w dziedzinie syntezy materiałów na potrzeby technologii przyszłości. Idealny kondensat ekscytonowy to stan bardzo wrażliwy i wiele warunków musi być spełnionych, by zaistniał. Ale jeśli myślimy o praktycznych zastosowaniach, to nie potrzebujemy ideału. To ekscytujące obserwować zjawisko, które zwiększa wydajność transferu energii, ale zachodzi w temperaturze pokojowej, cieszy się uczony.
Naukowiec zauważa jeszcze jedną ważną rzecz. Zachodzące w procesie fotosyntezy interakcje pomiędzy atomami a molekułami są tak złożone, że z ich symulowaniem nie radzą sobie nawet najpotężniejsze superkomputery. Dlatego też podczas badania tych zjawisk dokonuje się uproszczeń. Najnowsze odkrycie pokazuje, że niektórych elementów upraszczać nie należy. Sądzimy, że lokalne korelacje elektronów muszą pozostać, byśmy mogli badać, jak działa natura.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
John Lowke i Endre Szili z University of Southern Austrlia wyjaśnili, dlaczego błyskawice mają nieregularny zygzakowaty kształt. Z modelu stworzonego przez naukowców wynika, że zygzakowaty kształt błyskawicy powiązany jest z obecnością wysoce wzbudzonych metastabilnych atomów tlenu. Umożliwiają one szybszy przepływ ładunku elektrycznego z chmur do gruntu.
Powstawanie błyskawicy to proces wieloetapowy. Najpierw pojawiają się liderzy. To wyładowania długości kilkudziesięciu metrów, pochodzące z chmur burzowych. Lider rozpala się na około 1 milisekundę tworząc jeden ze „stopni” błyskawicy i gaśnie. Utworzony przezeń kanał jest przez kilkadziesiąt mikrosekund ciemny, po czym na końcu wygasłego lidera pojawia się kolejny rozbłysk. W ten sposób tworzy się kolejny stopień. Proces ten powtarza się, nadając błyskawicy charakterystyczny kształt. Co interesujące, fragment błyskawicy, który rozbłysł i zgasł, nie rozbłyska ponownie, mimo iż cały czas stanowi część kanału przewodzącego ładunki. Wiele kwestii związanych z powstawaniem błyskawic jest dotychczas nierozwiązanych, a naukowców szczególnie interesuje natura ciemnej kolumny przewodzącej, która łączy liderów z chmurą burzową.
Lowke i Szili uważają, że zygzakowaty kształt błyskawicy związany jest z obecnością metastabilnego tlenu singletowego delta. Średni czas życia takiego stanu wzbudzonego wynosi około 1 godziny, a molekuły takiego tlenu powodują, że elektrony odłączają się od ujemnie naładowanych jonów tlenu, zwiększając przewodnictwo otaczającego je powietrza. Zdaniem uczonych, czas, który upływa pomiędzy dwoma kolejnymi etapami tworzenia się błyskawicy odpowiada czasowi, jaki potrzebny jest, by na końcówkach liderów doszło do wystarczającej koncentracji metastabilnych molekuł. To zwiększa siłę pola elektrycznego, umożliwiając dalszą jonizację powietrza. Ponadto ta większa koncentracja molekuł utrzymuje się na wcześniejszych etapach, dzięki czemu kanał przewodzący zostaje utrzymany nawet bez pola elektrycznego. Naukowcy mają nadzieję, że ich badania przyczynią się do opracowania bardziej skutecznych metod ochrony infrastruktury przed błyskawicami.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W piśmie Energy & Environmental Science ukazał się artykuł opisujący mikroprocesor zasilany procesem fotosyntezy. Twórcami niewielkiego systemu są naukowcy z University of Cambridge, a ich procesor pracuje bez przerwy od ponad roku. Ich badania dają nadzieję na stworzenie stabilnego, odnawialnego źródła zasilania dla niewielkich urządzeń.
Wielkość całego systemu jest porównywalna z rozmiarami baterii AA. W jego skład wchodzą glony z rodzaju Synechocystis, niewielka aluminiowa elektroda i mikroprocesor. Całość zbudowana jest z tanich, powszechnie dostępnych i w większości poddających się recyklingowi materiałów. Twórcy systemu mówią, że najbardziej się on przyda w miejscach, gdzie brak jest dostępu do sieci energetycznych, a potrzebne są niewielkie ilości energii np. do zasilania czujników.
Rozrastający się Internet of Things zwiększa zapotrzebowanie na energię elektryczną. Myślimy, że mamy tutaj rozwiązanie pozwalające na generowanie jej niewielkich ilości na bieżące potrzeby, mówi jeden z twórców systemu, profesor Christopher Howe. W naszym systemie nie występuje problem wyczerpania energii, gdyż do jej wytwarzania wykorzystywane jest światło słoneczne, dodaje.
Podczas prowadzonego właśnie eksperymentu glony wykorzystywane są do zasilania procesora Arm Cortex M0+, który powszechnie wykorzystywany jest w Internet of Things. Zasilany glonami procesor pracował zarówno w warunkach domowych jak i na zewnątrz. Był wystawiony na naturalne zmiany światła i temperatury. Byliśmy pod wrażeniem ciągłości jego pracy. Sądziliśmy, że całość może ulec awarii po kilku tygodniach, ale tak się nie stało, mówi doktor Paolo Bombelli z Wydziału Biochemii University of Cambridge.
Glony nie potrzebują specjalnego odżywiania, gdyż zapewniają sobie – i procesorowi – energię drogą fotosyntezy. I mimo tego, że do jej przeprowadzenia konieczne jest światło, procesor był zasilany nawet w okresach, gdy panowała ciemność. Glony wciąż prowadziły procesy metaboliczne.
Twórcy systemu zwracają uwagę, że zasilanie miliardów Internet of Things stosowanymi obecnie akumulatorami litowo-jonowymi byłoby niepraktyczne. Potrzebne do tego byłoby więcej litu, niż obecnie wytwarzamy. A tradycyjne ogniwa fotowoltaiczne wytwarzane są z użyciem materiałów niebezpiecznych dla środowiska. Stąd potrzeba opracowania nowych, stabilnych i przyjaznych środowisku źródeł energii.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Bogata w tlen atmosfera utrzyma się na Ziemi jeszcze przez około miliard lat, twierdzi para naukowców z Toho University i NASA Nexus for Exoplanet Systems Science. Na łamach Nature Geoscience Kazumi Ozaki i Christopher Reinhard opisali wyniki swoich symulacji dotyczących przyszłości naszej planety.
Wiemy, że z czasem tracące masę Słońce zacznie się powiększać, pochłonie Merkurego i Wenus, a jego zewnętrzne warstwy sięgną Ziemi. Jednak życie na naszej planecie przestanie istnieć na długo przed tym.
Ozaki i Reinhard twierdzą, że za około 1 miliard lat Słońce stanie się się bardziej gorące niż obecnie. Będzie emitowało więcej energii przez co na Ziemi dojdzie do spadku zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, który będzie absorbował tę energię i się rozpadał. Spalona zostanie też warstwa ozonowa.
Spadek poziomu CO2 zaszkodzi roślinom, które będą przez to wytwarzały mniej tlenu. Po około 10 000 lat takiego procesu poziom dwutlenku węgla w atmosferze będzie tak niski, że życie roślinne przestanie istnieć. Bez produkujących tlen roślin nie przetrwają zaś zwierzęta i inne formy życia. Symulacja wykazała, że dojdzie również do wzrostu poziomu metanu, co dodatkowo zaszkodzi organizmom żywym potrzebującym tlenu.
Zatem za około miliard lat na Ziemi pozostaną jedynie organizmy beztlenowe. Nasza planeta zacznie przypominać samą siebie z okresu przed pojawieniem się roślin i zwierząt.
Jeśli Ozaki i Reinhard mają rację, to kres życia na Ziemi, a przynajmniej życia bardziej złożonego niż organizmy beztlenowe, nastąpi szybciej niż dotychczas zakładano. Przeprowadzone przez nich badania mogą pomóc w poszukiwaniu życia na innych planetach.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Oddziaływanie roślin na zdrowie człowieka jest faktem niepodważalnym. Liczne badania naukowe dowodzą, że różne formy kontaktu z roślinami mają wpływ na poprawę kondycji psychicznej i fizycznej. Istotny wpływ na nasze zdrowie mają także rośliny we wnętrzach. Mogą one zniwelować negatywne oddziaływanie warunków miejskich, głównie dlatego, że umożliwiają bezpośredni kontakt z roślinami w miejscach, gdzie spędzamy większość czasu, czyli w pomieszczeniach.
W mieszkaniach rośliny najczęściej zaspokajają potrzeby estetyczne, poprawiają jakość powietrza, a przez wysiłek fizyczny wkładany w ich pielęgnację, mają pozytywny wpływ na naszą kondycję fizyczną. Już sadzenie roślin w pojemnikach oddziałuje pozytywnie na nasze samopoczucie. Wykonywanie prac przy roślinach przez osoby schorowane i starsze wpływa nie tylko na kondycję fizyczną, ale i psychiczną, np. zwiększa siłę i masę mięśni, przyczynia się do lepszej koordynacji ruchowej, obniża stres i agresję. Badania wśród chorych na schizofrenię potwierdziły, że wpatrywanie się przez kilka minut w niektóre gatunki roślin doniczkowych powoduje obniżenie ciśnienia krwi i częstotliwość uderzeń serca.
Szczególnie istotną funkcją roślin we wnętrzach jest poprawienie jakości powietrza. Z licznych badań wynika, że umieszczenie roślin doniczkowych w biurach i klasach szkolnych zmniejsza występowanie bólów głowy, chorób gardła oraz poprawia samopoczucie przebywających w pomieszczeniach. Uprawa roślin w pomieszczeniach przyczynia się także do zwiększenia wilgotności powietrza. Ma to istotne znaczenie, ponieważ współczesne materiały budowlane powodują jej obniżenie. Powietrze w nowych budynkach mieszkalnych i biurowych jest bardzo suche; wilgotność sięga zaledwie 20-30%. Bardzo skutecznym sposobem zwiększania wilgotności powietrza w pomieszczeniach jest uprawa roślin. Roślina podczas transpiracji wyparowuje wodę przez nadziemne organy.
Im większa roślina, większa powierzchnia liści, tym bardziej roślina nawilża powietrze. Transpirowana przez rośliny para może zawierać substancje (fitoncydy), które wyciszają rozwój drobnoustrojów w powietrzu. Rośliny we wnętrzach, oprócz podwyższania wilgotności powietrza, wpływają także na jego jakość. Rośliny uprawiane w pomieszczeniach oczyszczają powietrze ze szkodliwych związków lotnych. Według Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska, w pomieszczeniach, zwłaszcza biurowych, może być nawet 900 różnych szkodliwych związków, a niektóre z nich przekraczają normy nawet ponad 100-krotnie. Przyczyn złej jakości powietrza w pomieszczeniach jest kilka: ich szczelność, niewłaściwa wentylacja, niska wilgotność względna powietrza, emisje substancji toksycznych, wydzieliny biologiczne. Wśród zanieczyszczeń toksycznymi związkami lotnymi znajdują się: formaldehyd, ksylen, toluen, benzen, trójchloroetylen, etylen i alkohole. Źródłem tych związków są w dużej mierze materiały budowlane, elementy wykończenia wnętrz, farby, lakiery oraz sprzęt biurowy, zwłaszcza drukarki. Związki te powodują podrażnienia błon śluzowych, zawroty i bóle głowy, znużenie, nudności, biegunki, niektóre są nawet rakotwórcze. Są nawet określone symptomy związane z tzw. zespołem chorego budynku, takie jak: alergie, astma, zmęczenie, ból głowy, zaburzenia systemu nerwowego oraz trudności z oddychaniem. Na podstawie licznych badań wykazano, że obecność żywych roślin w pomieszczeniach korzystnie wpływa na samopoczucie oraz zdrowie człowieka. Rośliny do dekoracji wnętrz dzieli się pod względem walorów ozdobnych na gatunki o ozdobnych kwiatach i o ozdobnych liściach. Pod względem estetycznym ciekawsze są rośliny kwitnące, gdzie misterna budowa kwiatów zawsze wzbudza podziw. Jednak biorąc pod uwagę funkcje oczyszczania powietrza z toksyn i podnoszenia jego wilgotności, korzystniej jest uprawiać rośliny o ozdobnych liściach. Do dekoracji pomieszczeń dysponujemy dziś około 1000 różnych taksonów roślin. Są one zróżnicowane pod względem przynależności systematycznej, pochodzenia i wyglądu zewnętrznego. Do roślin najskuteczniej usuwających formaldehyd z powietrza należą: popularna paproć - nefrolepis wysoki, palmy – złotowiec lśniący oraz daktylowiec karłowy, draceny: deremeńska, obrzeżona i wonna, popularny storczyk – falenopsis, figowce – benjamiński i sprężysty, epipremnum złociste, skrzydłokwiat i wiele innych gatunków.
Podsumowując, każda roślina we wnętrzu korzystnie oddziałuje na nasze samopoczucie i jakość powietrza w pomieszczeniach.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.