W bieżącym roku znowu padnie rekord emisji gazów cieplarnianych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Niemieccy badacze znaleźli nowe źródło informacji o stężeniu dwutlenku węgla w atmosferze przed milionami lat. Okazało się, że zapis na ten temat znajduje się w... skamieniałych zębach dinozaurów. Uczeni z Uniwersytetów w Moguncji, Göttingen i Bochum, na podstawie analizy izotopów tlenu w szkliwie zębów dinozaurów stwierdzili, że stężenie CO2 w atmosferze w mezozoiku (252–66 milionów lat temu), było znacznie wyższe niż obecnie. Badania były możliwe dzięki wykorzystaniu innowacyjnej metody, która pozwoliła na określenie względnego stosunku wszystkich trzech naturalnych izotopów tlenu.
Badania wykazały, że produkcja pierwotna – czyli w tym przypadku szybkość gromadzenia energii promieniowania słonecznego, która jest podczas fotosyntezy przekształcana w energię wiązań chemicznych w tkankach roślinnych – była dwukrotnie większa niż obecnie.
Naukowcy przeanalizowali zęby dinozaurów z Ameryki Północnej, Afryki i Europy pochodzące o czasów od późnej jury po późną kredę. Szkliwo zębowe to jeden z najbardziej stabilnych materiałów biologicznych. Zawiera ono trzy izotopy tlenu, które do organizmu dinozaurów dostawały się w czasie oddychania. Względny stosunek tych izotopów w powietrzu zależy od zmian w poziomie atmosferycznego dwutlenku węgla i intensywności fotosyntezy. To oznacza, że zęby dinozaurów mogą zawierać dane o klimacie i szacie roślinnej.
Z badań wynika, że pod koniec jury, około 150 milionów lat temu, stężenie CO2 w atmosferze było czterokrotnie większe niż w epoce przedprzemysłowej. W późnej kredzie – 73–66 milionów lat temu – było zaś 3-krotnie wyższe. W czasach przedprzemysłowych stężenie CO2 w atmosferze wynosiło 280 ppm. Obecnie jest ono o ponad 50% wyższe. W 2024 było to 424 ppm. Wartość ta szybko rośnie. Jeszcze w 2017 roku stężenie wynosiło 406 ppm.
Analizy wykazały też, że w niezwykły stosunek izotopów tlenu w niektórych zębach gatunków Tyrannosaurus rex i Kaatedocus siberi. To najprawdopodobniej dowód na nagłe wzrosty stężenia CO2, spowodowane na przykład potężną aktywnością wulkaniczną, jak ta, która utworzyła trapy Dekanu.
Uzyskane wyniki to przełom w paleoklimatologii. Dotychczas bowiem w czasie podobnych badań używa się próbek węglanów z gleby i wykorzystuje proxy morskie, czyli niebezpośrednich wskaźników ze środowiska morskiego. Obie te metody obarczone są jednak pewnym marginesem niepewności. Użycie szkliwa zębów dinozaurów to pierwsza metoda badań tego typu opierająca się na kręgowcach lądowych. To całkowicie nowy sposób wglądu w przeszłość Ziemi. Teraz możemy użyć sfosylizowanego szkliwa do badania składu atmosfery oraz produktywności roślin morskich i lądowych. To kluczowe elementy zrozumienia długoterminowej dynamiki klimatu, mówi doktor Dingsu Feng z Wydziału Geochemii i Geologii Izotopowej na Uniwersytecie w Göttingen.
Informacje o produkcji pierwotnej to ważne dane na temat lądowych i morskich sieci troficznych. Dane takie trudno jest zdobyć, a są one bardzo ważne, gdyż to dostępna biomasa roślinna decyduje o liczbie zwierząt, ich gatunków oraz długości łańcucha pokarmowego, wyjaśnia profesor Eva M. Griebeler z Uniwersytetu w Moguncji.
Badania zostały omówione na łamach PNAS.
« powrót do artykułu -
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
W Szwajcarii powstaje „żywy” materiał, który w sposób aktywny pobiera dwutlenek węgla z atmosfery. Wewnątrz materiału znajdują się cyjanobakterie, które wiążą CO2 na dwa różne sposoby. Nad niezwykłym projektem, którego celem jest połączenie konwencjonalnych materiałów z bakteriami, grzybami czy glonami pracują naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu. Ich celem jest stworzenie materiałów, które dzięki metabolizmowi mikroorganizmów nabierają nowych pożądanych właściwości. Na przykład usuwają dwutlenek węgla z powietrza.
Zespół pracujący pod kierunkiem profesora Marka Tibbitta z katedry Inżynierii Makromolekularnej stworzył właśnie żel zawierający cyjanobakterie. Można go kształtować za pomocą drukarki 3D. Niezwykłe jest to, że żel – mimo że jest miękki – ma być materiałem budowlanym. A jedyne, czego potrzebuje, by się nim stać, to światło słoneczne i słona woda zawierająca proste do uzyskania składniki odżywcze. Oraz dwutlenek węgla z atmosfery. Jakby tego było mało, materiał absorbuje więcej CO2 niż wiążą zawarte w nim cyjanobakterie. Dzieje się tak, gdyż przechowuje on atmosferyczny węgiel nie tylko w postaci biomasy, ale również w postaci mineralnej.
Cyjanobakterie to jedne z najstarszych form życia na Ziemi. Przeprowadzają bardzo efektywną fotosyntezę i nie potrzebują wiele światła, by z CO2 i wody wytwarzać biomasę. Jednocześnie, w wyniku przeprowadzanej przez nie fotosyntezy, dochodzi do zmiany środowiska chemicznego wokół komórki i tworzenia się węglanów. Węglany deponowane są wewnątrz żelu, wzmacniają go, a jednocześnie same pochłaniają atmosferyczny dwutlenek węgla, przechowując go w bardziej stabilnej formie niż bakterie. Badania wykazały, że taki żel pochłania węgiel przez 400 dni i przechowuje 26 miligramów CO2 na każdy gram. To znacząco więcej niż wiele innych materiałów.
Twórcy żelu chcą w przyszłości zbadać, czy sprawdzi się on na przykład jako powłoka, którą można będzie pokrywać i zamieniać je w miejsca pochłaniające dwutlenek węgla z atmosfery.
Źródło: Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials, https://www.nature.com/articles/s41467-025-58761-y
« 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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.