Oceany tracą zdolność chronienia Ziemi przed zmianami klimatu
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Od XIX wieku nauka wie, że zdolność materiałów do absorbowania promieniowania elektromagnetycznego jest równoważna ich zdolności do emitowania tego promieniowania. Zjawisko to odkrył w 1859 roku Gustaw Kirchhoff, który sformułował prawo promieniowania cieplnego nazwane jego nazwiskiem. W ostatniej dekadzie naukowcy zaczęli poszukiwać metamateriałów zdolnych do złamania tego prawa. Udało się przed 2 laty, jednak obserwowane zjawisko było słabe. Teraz naukowcy z Pennsylvania State University donieśli o „dramatycznym” odejściu od prawa Kirchhoffa. Daje to nadzieję, że w przyszłości osiągnięcia tego typu można będzie wykorzystać w praktyce.
Możliwość silnego naruszenia prawa Kirchhoffa to nie tylko nowy sposób na kontrolowanie promieniowania cieplnego, to też metoda znaczącego poprawienia działania urządzeń do wytwarzania użytecznej energii czy jej rejestrowania. Na przykład ogniwa fotowoltaiczne muszą – zgodnie z prawem Kirchhoffa – wyemitować energię z powrotem w kierunku Słońca. Ta energia jest dla nas stracona. Jeśli jednak ogniwa słoneczne emitowałyby tę energię w innym kierunku niż obecnie, moglibyśmy umieścić tam kolejne ogniwo, które zaabsorbowałoby część tej energii, zwiększając efektywność całego panelu. Taka strategia zbliżyłaby nas do pozyskiwania energii słonecznej z wydajnością bliską granicy wyznaczonej przez prawa termodynamiki, mówi główny autor badań Zhenong Zhang.
Naukowcy z Penn State stworzyli materiał, który składa się z pięciu 440-nanometrowych warstw arsenku galu indu (InGaAs) domieszkowanych elektronowo. Im głębiej położona była warstwa, tym większe było domieszkowanie. Całość umieszczono na 100-nanometrowej warstwie srebra, a całość przeniesiono na krzemowe podłoże. Tak przygotowaną próbkę podgrzano do temperatury 267 stopni Celsjusza i poddano oddziaływaniu pola magnetycznego o natężeniu 5T. W takich warunkach stosunek zdolności absorpcji do emisji wyniósł 0,43, podczas gdy zgodnie z prawem Kirchhoffa powinien wynieść 1. Co więcej, złamanie symetrii zaobserwowano w szerokim zakresie kątów padania promieniowania oraz w zakresie promieniowania podczerwonego rozciągającym się od 13 do 23 mikrometrów.
Autorzy badań uważają, że dalszy postęp na tym polu może doprowadzić do stworzenia nowej klasy diod czy tranzystorów, bardziej efektywnych ogniw fotowoltaicznych i innych urządzeń związanych z zarządzaniem energią cieplną.
Źródło: Observation of Strong Nonreciprocal Thermal Emission, https://arxiv.org/pdf/2501.12947
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ponad 20% powierzchni światowych oceanów, czyli ponad 75 milionów kilometrów kwadratowych, pociemniało w ciągu ostatnich dwóch dekad, informują naukowcy. Ocean ciemnieje, gdy dochodzi do zmian właściwości optycznych wody, co z kolei wpływa na głębokość strefy eufotycznej, która jest domem dla 90% życia morskiego i miejscem gdzie światło słoneczne i światło odbite od Księżyca napędzają zjawiska ekologiczne.
Thomas W. Davies i Tim Smyth z University of Plymouth wykorzystali dane satelitarne oraz modelowanie numeryczne w analizie corocznych zmian głębokości stref eufotycznych na całej planecie. Okazało się, że pomiędzy rokiem 2003 a 2022 aż 21% powierzchni oceanów, zarówno obszarów przybrzeżnych, jak i otwartych wód, stało się ciemniejszych.
Gdy uwzględnimy procesy fotobiologiczne napędzane przez światło słoneczne, w latach 2003–2022 głębokość strefy eufotycznej zmniejszyła się o ponad 100 metrów na powierzchni 9,4 milionów km2 (2,6%) światowych oceanów. W tym samym czasie głębokość strefy eufotycznej zmniejszyła się o ponad 50 metrów na powierzchni 32,5 milionów kilometrów kwadratowych (9%), a o 10 metrów na powierzchni 68,4 mln km2. W latach 2003–2022 średnia głębokość strefy eufotycznej za dnia zmniejszyła się o ponad 50% na powierzchni 369 248 km2 oceanu, a o 10% na powierzchni 32 446 924 km2, czytamy w opublikowanym artykule. Jednak ocean nie tylko ciemnieje. Około 10% jego powierzchni, ponad 37 milionów km2, stało się jaśniejsze w ciągu ostatnich 20 lat.
W tej chwili nie wiemy dokładnie, jak te zmiany mogą wpływać na ekosystem oceanu i całej planety. Należy się jednak spodziewać, że taki wpływ będzie. Autorzy badań sądzą, że na obszarach przybrzeżnych zmiany w głębokości strefy eufotycznej spowodowane są zmianami w obecności składników odżywczych, materiału organicznego i osadów spływających z lądów, na co z kolei wpływ ma działalność rolnicza oraz opady. Na otwartym oceanie zmiany mogą być spowodowane dynamiką zakwitu glonów oraz zmianami temperatury wód powierzchniowych, co zmniejsza penetrację światła.
Największe zmiany głębokości strefy eufotycznej zostały zaobserwowane w regionach oddziaływania Prądu Zatokowego oraz wokół Arktyki i Antarktyki. To obszary, które doświadczają największych zmian w wyniku ocieplania się klimatu. Znaczące pociemnienie wód obserwuje się też u wybrzeży i na akwenach zamkniętych, takich jak Morze Bałtyckie, gdzie pociemnienie spowodowane jest przez opady niosące z lądów osady oraz substancje odżywcze, jak nawozy sztuczne. Substancje te stymulują wzrost planktonu, który, wraz z naniesionymi osadami, zmniejsza przejrzystość wody.
Z kolei wokół Wysp Brytyjskich pociemniały Morze Północne, Morze Celtyckie, wschodnie wybrzeża Anglii i Szkocji, wybrzeża Walii oraz niektóre części Morza Irlandzkiego, a pojaśniał Kanał La Manche oraz obszar rozciągający się na północ od Szkocji po Orkady i Szetlandy.
Źródło: Darkening of the Global Ocean
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ludzkość wybiera się na Księżyc i Marsa, coraz bardziej szczegółowo bada planety Układu Słonecznego i zaczyna przyglądać się planetom pozasłonecznym, a tymczasem niewiele wiemy o samej Ziemi. Naukowcy z Ocean Discovery League, niedochodowej organizacji, której celem jest przyspieszenia badań nad głębiej położonymi partiami oceanów, poinformowali na łamach Science Advances, że po dekadach badań ludzkość widziała mniej niż 0,001% powierzchni dna w głębszych partiach oceanów. Czyli takich, położonych poniżej 200 metrów pod poziomem morza.
Obszary znajdujące się na głębokości poniżej 200 metrów utrzymują zróżnicowane ekosystemy, wytwarzają tlen, regulują klimat, są niezbędne do zachowania zdrowia całej planety. A mimo to praktycznie nic o nich nie wiemy. Zajmują one 66% powierzchni Ziemi, to około 336 milionów kilometrów kwadratowych. Dotychczas obserwowaliśmy zaś około 3300 km2. To powierzchnia niemal 100-krotnie mniejsza od powierzchni Polski, zaledwie 5-krotnie większe od największego polskiego miasta, Gdańska.
Obserwacje wizualne (czy to prowadzone przez badaczy na pokładach batyskafów czy też przez roboty wyposażone w kamery) są jednym z trzech najważniejszych – obok mapowania i pobierania próbek – metod badania dna morskiego. Pozwala ono na określenie kontekstu zbieranych próbek, obserwację życia, ocenę bioróżnorodności i obfitości organizmów, ocenę stanu biologii i geologii oceanów. To dzięki nim odkryto pierwsze kominy hydrotermalne, określono wpływ katastrofy Deepwater Horizon na dno morskie i opisano odradzanie się koralowców po katastrofie, znaleziono dobrze zachowane wraki na Morzu Czarnym. Obecnie, gdy wiemy, że ludzkość od wieków wpływa na oceany, czy to przez składowanie w nich śmieci, zanieczyszczanie odpadami z działalności rolniczej i przemysłowej, eksploatację zasobów biologicznych i geologicznych czy zakwaszanie wód oceanów, istnieje coraz większa potrzeba prowadzenia badań wizualnych.
Tymczasem, jak się dowiadujemy, nie tylko poznaliśmy zaledwie 0,001% powierzchni dna oceanicznego położonego poniżej 200 metrów, ale te poznane obszary są skupione wokół kilku wybranych krajów. Z powodu dużych kosztów oraz trudności technicznych związanych z badaniami dna aż 65% powierzchni, którą wizualnie poznaliśmy, znajduje się w odległości 200 mil morskich od USA, Japonii i Nowej Zelandii, a aż 97% badań przeprowadziło zaledwie pięć krajów: USA, Japonia, Nowa Zelandia, Francja i Niemcy. To zaś oznacza, że niewiele możemy powiedzieć o tym, jak wygląda dno oceanów i nie można bezpiecznie wyciągać wniosków na podstawie tak niewielkiego poznanego obszaru w tak niewielu miejscach.
Jest to szczególnie ważne w momencie, w którym coraz częściej mówi się o zintensyfikowaniu działań górniczych dna morskiego i wydobywaniu stamtąd surowców. Nie mamy bowiem najmniejszego pojęcia, co się na dnie znajduje, zatem co możemy zniszczyć prowadząc eksploatację oraz jaki wpływ zniszczenia te będą miały na całą planetę, w tym i na nas.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie lotniczy i kosmiczni z MIT odkryli, że sposób, w jaki emisja gazów cieplarnianych wpływa na atmosferę, zmniejszy liczbę satelitów, które można będzie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Na łamach Nature Sustainability stwierdzają, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych zmniejsza zdolność atmosfery do usuwania odpadków krążących wokół Ziemi.
Badacze zauważyli, że dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane powodują, iż górne warstwy atmosfery się kurczą. Głównie interesuje ich termosfera, w której krąży Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i większość satelitów. Gdy termosfera się kurczy, jej zmniejszająca się gęstość prowadzi do zmniejszenia oporów, a to właśnie opór aerodynamiczny jest tym czynnikiem, który powoduje, że kosmiczne śmieci – chociażby pozostałości po nieczynnych satelitach – opadają w kierunku Ziemi i płoną w atmosferze. Mniejszy opór oznacza, że odpady takie będą dłużej znajdowały się na orbicie, zatem ich liczba będzie rosła, a to zwiększa ryzyko kolizji z działającymi satelitami i innymi urządzeniami znajdującymi się w tych samych rejonach.
Naukowcy przeprowadzili symulacje, których celem było sprawdzenie, jak emisja dwutlenku węgla wpłynie na górne partie atmosfery i astrodynamikę. Wynika z nich, że do roku 2100 pojemność najpopularniejszych regionów orbity zmniejszy się o 50–66 procent właśnie z powodu gazów cieplarnianych.
Nasze zachowanie na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat wpływa na to, w jaki sposób będziemy używali satelitów przez kolejnych 100 lat, mówi profesor Richard Linares z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Emisja gazów cieplarnianych niszczy delikatną równowagę górnych warstw atmosfery. Jednocześnie gwałtownie rośnie liczba wystrzeliwanych satelitów, szczególnie telekomunikacyjnych, zapewniających dostęp do internetu. Jeśli nie będziemy mądrze zarządzali satelitami i nie ograniczymy emisji, orbita stanie się zbyt zatłoczona, co będzie prowadziło do większej liczby kolizji i większej liczby krążących na niej szczątków, dodaje główny autor badań, William Parker.
Termosfera kurczy się i rozszerza w 11-letnich cyklach, związanych z cyklami aktywności słonecznej. Gdy aktywność naszej gwiazdy jest niska, do Ziemi dociera mniej promieniowania, najbardziej zewnętrzne warstwy atmosfery tymczasowo się ochładzają i kurczą. W okresie zwiększonej aktywności słonecznej są one cieplejsze i rozszerzają się.
Już w latach 90. naukowcy stworzyli modele, z których wynikało, że w miarę ocieplania się klimatu na Ziemi, górne warstwy atmosfery będą się schładzały, co doprowadzi do kurczenia się termosfery i zmniejszania jej gęstości.
W ciągu ostatniej dekady nauka zyskała możliwość precyzyjnych pomiarów oporu aerodynamicznego działającego na satelity. Pomiary te pokazały, że termosfera kurczy się w odpowiedzi na zjawisko wykraczające poza naturalny 11-letni cykl. Niebo dosłownie spada, w tempie liczonych w dziesięcioleciach. A widzimy to na podstawie zmian oporów doświadczanych przez satelity, wyjaśnia Parker.
Naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, w jaki sposób to zmierzone zjawisko wpłynie na liczbę satelitów, które można bezpiecznie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej. Ma ona wysokość do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Obecnie na orbicie tej znajduje się ponad 10 000 satelitów. Ich liczba jest już tak duża, że operatorzy satelitów standardowo muszą wykonywać manewry unikania kolizji. Każda taka kolizja oznacza nie tylko zniszczenie satelity, ale też pojawienie się olbrzymiej liczby szczątków, które będą krążyły na orbicie przez kolejne dekady i stulecia, zwiększając ryzyko kolejnych kolizji.
W ciągu ostatnich 5 lat ludzkość umieściła na LEO więcej satelitów, niż przez wcześniejszych 60 lat. Jednym z głównych celów badań było sprawdzenie, czy sposób, w jaki obecnie prowadzimy działania na niskiej orbicie okołoziemskiej można będzie utrzymać w przyszłości. Naukowcy symulowali różne scenariusze emisji gazów cieplarnianych i sprawdzali, jak wpływa to na gęstość atmosfery i opór aerodynamiczny. Następnie dla każdego z tych scenariuszy sprawdzali jego wpływ na astrodynamikę i ryzyko kolizji w zależności od liczby obiektów znajdujących się na orbicie. W ten sposób obliczali „zdolność ładunkową” orbity. Podobnie jak sprawdza się, ile osobników danego gatunku może utrzymać się w danym ekosystemie.
Z obliczeń wynika, że jeśli emisja gazów cieplarnianych nadal będzie rosła, to liczba satelitów, jakie można umieścić na wysokości od 200 do 1000 kilometrów nad Ziemią będzie o 50–66 procent mniejsza niż w scenariuszu utrzymania poziomu emisji z roku 2000. Jeśli „zdolność ładunkowa” orbity zostanie przekroczona, nawet lokalnie, dojdzie do całej serii kolizji, przez co pojawi się tyle szczątków, że orbita stanie się bezużyteczna.
Autorzy badań ostrzegają, że niektóre regiony orbity już zbliżają się do granicy ich „zdolności ładunkowej”. Dzieje się tak głównie przez nowy trend, budowanie megakonstelacji olbrzymiej liczby małych satelitów, takich jak Starlink SpaceX.
Polegamy na atmosferze, która oczyszcza orbitę z pozostawionych przez nas odpadów. Jeśli atmosfera się zmienia, zmienia się też środowisko, w którym znajdują się odpady. Pokazujemy, że długoterminowe możliwości usuwania odpadów z orbity są uzależnione od zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, podsumowuje Richard Linares.
Specjaliści szacują, że obecnie na orbicie znajduje się 40 500 odpadków o rozmiarach większych niż 10 cm, 1 milion 100 tysięcy odpadków wielkości od 1 do 10 cm oraz 130 milionów śmieci wielkości od 1 mm do 1 cm. Nawet te najmniejsze odpady stanowią duże zagrożenie. Średnia prędkość kolizji, do jakich między nimi dochodzi, to 11 km/s czyli około 40 000 km/h.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Toronto bezpośrednio powiązali spadek populacji niedźwiedzi polarnych żyjących w zachodniej części Zatoki Hudsona ze zmniejszającą się wskutek globalnego ocieplenia powierzchnią lodu morskiego. Opracowany model wykazał, że liczba niedźwiedzi się zmniejsza, gdyż zwierzęta nie są w stanie zapewnić sobie wystarczającej ilości energii, gdyż krócej mogą polować na foki. Utrata lodu morskiego oznacza, że niedźwiedzie coraz mniej czasu w roku spędzają na polowaniach, a coraz więcej poszczą na lądzie, mówi główna autorka badań, Louise Archer.
Skrócenie sezonu polowań negatywnie wpływa na równowagę energetyczną zwierząt, co prowadzi do zmniejszenia reprodukcji, spadku przeżywalności młodych i spadku liczebności całej populacji. Wykorzystany model badał ilość energii, jaką niedźwiedzie pozyskują obecnie polując na foki i ilość energii, jaką potrzebują, by rosnąć i się rozmnażać. Unikatową cechą tego modelu jest jego zdolność do śledzenia pełnego cyklu życiowego poszczególnych zwierząt. Wyniki uzyskane z modelu porównano z danymi dotyczącymi niedźwiedzi z zachodnich regionów Zatoki Hudsona, zgromadzonymi w latach 1979–2021. W ciągu tych 42 lat populacja niedźwiedzi spadła o niemal 50%. Zmniejszyła się też masa poszczególnych osobników. W ciągu 37 lat waga przeciętnej dorosłej samicy zmniejszyła się o 39 kilogramów, a przeciętnego 1-rocznego zwierzęcia o 26 kg.
Okazało się, że model trafnie opisał, że takie procesy miały miejsce, co oznacza, że będzie też dobrze przewidywał to, co stanie się w przyszłości. Co więcej jednak, wykazał, że istnienie związek pomiędzy zmniejszaniem się zasięgu lodu morskiego, a spadkiem populacji niedźwiedzi.
Im krócej niedźwiedzie mogą polować, tym mniej mleka wytwarza samica, co jest niebezpieczne dla młodych. Małe niedźwiadki zginą, jeśli przed pierwszym w życiu sezonem postu nie osiągną odpowiedniej masy ciała. Samice mają też mniej młodych – tutaj zauważono spadek o 11% w czasie 40 lat – a potomstwo pozostaje z nimi na dłużej, gdyż później zyskuje zdolność do samodzielnego przeżycia. To bardzo proste. Przeżywalność młodych ma bezpośrednie przełożenie na przeżycie populacji, dodaje Archer.
Zachodnia część Zatoki Hudsona od dawna uważana jest za region, w którym wcześnie pojawiają się zjawiska dotykające całej światowej populacji niedźwiedzi polarnych. Arktyka ociepla się 4-krotnie szybciej niż reszta globu, więc podobne problemy czekają inne populacje niedźwiedzi. To jedna z najbardziej na południe wysuniętych populacji i jest monitorowana od dawna, więc mamy bardzo dobre dane na jej temat, stwierdza profesor Péter Molnár, który specjalizuje się w badaniu wpływu globalnego ocieplenia na duże ssaki. Mamy bardzo solidne podstawy, by wierzyć, że to, co dzieje się z niedźwiedziami polarnymi tutaj, będzie działo się z tym gatunkiem w innych regionach. Tan model opisuje przyszłość niedźwiedzi, dodaje uczony.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.