Światy z podpowierzchniowymi oceanami oferują życiu bardziej stabilne i bezpieczniejsze warunki niż Ziemia
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Virginia Tech wykazali, że lodowy dysk może sam się napędzać na odpowiednio przygotowanej powierzchni, podobnie do kropli wody, na którą działa zjawisko Leidenfrosta. Każdy z nas obserwował, że kropla wody upuszczona na gorącą powierzchnię, odparowuje przez długi czas, poruszając się po powierzchni. Amerykańscy uczeni odkryli, że kawałek lodu może samodzielnie napędzać się na powierzchni o wzorze przypominającym układ rybich ości.
Badaczy z Virginia Tech zainspirowała rozwiązana ledwie przed 11 laty zagadka wędrujących głazów z Racetrack Playa z kalifornijskiej Doliny Śmierci. Tam kry, przesuwające się pod wpływem wiatru, przesuwają kamienie. Jonathan Boreyko postanowił stworzyć takie warunki, by lód samodzielnie się przesuwał. Wraz z zespołem przez trzy lata prowadził eksperymenty. Gdy zaś udało się doprowadzić do samodzielnego ruchu lodowego dysku, przez kolejne dwa lata naukowcy tworzyli model wyjaśniający obserwowane zjawisko.
Kluczem do sukcesu była aluminiowa powierzchnia ponacinana we wzór rybich ości. Wystarczy, że powierzchnia zostanie rozgrzana powyżej temperatury topnienia – nie jest więc potrzebna, jak w zjawisku Leidenfrosta, bardzo wysoka temperatura – by lód zaczął się poruszać. Jest on napędzany przez kierunkowy przepływ wody w nacięciach na powierzchni. Początkowo kawałek lodu rusza bardzo wolno, by gwałtownie przyspieszyć.
Niezwykle interesujące okazało się spryskanie powierzchni aluminium cieczą hydrofobową. Naukowcy spodziewali się, że spowoduje to przyspieszenie lodu. Tymczasem dysk w ogóle się nie przesunął. To pozwoliło badaczom wyjaśnić obserwowane zjawisko. Doszli do wniosku, że na powierzchni pokrytej płynem hydrofobowym woda z roztapiającego się lodu zostaje ściśnięta i lodowy dysk utyka na krawędziach wyżłobień. Woda ciągle płynie kanalikami, ale lód nie jest już w stanie się na niej unosić.
Bez powłoki hydrofobowej woda po jednej stronie lodowego dysku tworzy kałużę, jej obecność powoduje nierównowagę napięcia powierzchniowego po obu stronach lodu, co powoduje, że zaczyna się on poruszać.
Boreyko uważa, że odkryte przezeń zjawisko być może posłuży do celów praktycznych. Wyobraźmy sobie, że wzór na powierzchni tworzy okręgi, a nie proste linie. Wówczas roztapiający się obiekt kręciłby się w kółko. A teram wyobraźmy sobie, że na powierzchni lodu umieszczamy magnesy. One też by się obracały, co można by wykorzystać do produkcji energii, stwierdza uczony.
Badania zostały opublikowane na łamach ACS Applied Materials & Interfaces.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Lód w przestrzeni kosmicznej jest inny, niż dotychczas sądzono, wynika z badań przeprowadzonych przez uczonych z University College London i University of Cambridge. Ich zdaniem, zawiera on niewielkie kryształki i nie jest całkowicie nieuporządkowanym amorficznym materiałem, jak woda. Przez dekady uważano, że lód poza Ziemią nie posiada struktury, jest amorficzny, gdyż znacznie niższe niż na Ziemi temperatury nie zapewniają wystarczająco dużo energii, by podczas zamarzania uformowały się kryształy.
Autorzy nowych badań przyjrzeli się najpowszechniej występującej formie lodu we wszechświecie, amorficznemu lodowi o niskiej gęstości, który występuje w kometach, na lodowych księżycach czy w chmurach materiału, z których powstają gwiazdy i planety. Przeprowadzone przez nich symulacje komputerowe wykazały, że lód taki najlepiej odpowiada wynikom analiz gdy nie jest w pełni amorficzny, a zawiera niewielkie kryształki o średnicy 3 nanometrów. Naukowcy przeprowadzili też badania, w czasie których krystalizowali (np. poprzez podgrzewanie) uzyskane w różny sposób próbki amorficznego lodu. Zauważyli, że ostateczna struktura krystaliczna lodu zależała od tego, w jaki sposób został oryginalnie utworzony. Stwierdzili też, że gdyby taki lód był w pełni amorficzny, to nie zachowałby żadnych informacji o swojej wcześniejszej strukturze.
Teraz mamy dobre pojęcie, jak na poziomie atomowym wygląda najbardziej rozpowszechniony lód we wszechświecie. To bardzo ważna wiedza, gdyż lód bierze udział w wielu procesach kosmologicznych, na przykład w formowaniu się planet, ewolucji galaktyk czy przemieszczaniu materii we wszechświecie, wyjaśnia główny autor badań doktor Michael B. Davies.
Lód na Ziemi to kosmologiczny ewenement z powodu wysokich temperatur panujących na naszej planecie. Ma dzięki nim uporządkowaną naturę. Uznawaliśmy, że lód w pozostałych częściach wszechświata jest jak unieruchomiona ciekła woda, nieuporządkowana struktura. Nasze badania pokazują, że nie jest to do końca prawda. I każą zadać pytanie o amorficzne struktury w ogóle. Takie materiały są niezwykle ważne dla nowoczesnych technologii. Na przykład światłowody powinny być amorficzne. Jeśli jednak zawierają niewielkie kryształki, a my będziemy potrafili je usunąć, poprawimy ich wydajność, dodaje profesor Christoph Salzmann.
Badania prowadzono zarówno metodą symulacji komputerowych, jak i tworząc amorficzny lód. Metodami obliczeniowymi sprawdzano dwa rodzaje wirtualnego lodu. Jeden powstawał podczas obniżania temperatury wirtualnych molekuł wody do -120 stopni Celsjusza. W zależności od tempa schładzania otrzymany lód składał się ze struktury krystalicznej i amorficznej w różnych proporcjach. Okazało się, że właściwości wirtualnego lodu zawierającego 20% struktury krystalicznej i 80% amorficznej blisko odpowiadają właściwościom prawdziwego lodu amorficznego o niskiej gęstości, który badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Drugi rodzaj lodu składał się z niewielkich ściśniętych razem kryształków pomiędzy którymi symulowano istnienie struktury amorficznej. Taki lód wykazywał największe podobieństwo do prawdziwego kosmicznego lodu gdy zawierał 25% kryształków.
Natomiast podczas badań eksperymentalnych uzyskiwano amorficzny lód o niskiej gęstości albo poprzez osadzanie pary wodnej na bardzo zimnej powierzchni, albo podgrzewając amorficzny lód o dużej gęstości. Następnie tak uzyskany amorficzny lód o niskiej gęstości był delikatnie podgrzewany, by miał wystarczająco dużo energii do utworzenia kryształów. Różnice w uzyskanej w ten sposób strukturze zależały od pierwotnej metody wytworzenia lodu. W ten sposób naukowcy doszli do wniosku, że gdyby lód taki był całkowicie amorficzny, nie zachowałby pamięci o swojej pierwotnej strukturze.
Lód to potencjalnie bardzo przydatny materiał w kosmosie. Mógłby posłużyć do ochrony pojazdu kosmicznego przed promieniowaniem czy do wytworzenia paliwa. Dlatego musimy lepiej rozumieć jego różne rodzaje i właściwości, podsumowuje doktor Davies.
Źródło: Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains, https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.112.024203
« 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
Na opisywanej przez nas przed kilkunastoma miesiącami planecie hyceańskiej K2-18b odkryto najsilniejsze dotychczas wskazówki mogące świadczyć o istnieniu życia pozaziemskiego. Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge poinformowali właśnie, że dzięki Teleskopowi Webba zauważyli w atmosferze K2-18b sygnały świadczące o istnieniu tam siarczku dimetylu (DMS) i/lub disiarczku dimetylu (DMDS). Na Ziemi związki te powstają wyłącznie w wyniku działania organizmów żywych. To oznacza, że albo na K2-18b istnieje życie, albo zachodzi tam nieznany nauce proces chemiczny, albo... że to fałszywy sygnał.
W przypadku opisywanych tutaj badań wartość odchylenia standardowego wynosi 3 sigma, co oznacza, że istnienie 0,3-procentowe prawdopodobieństwo, iż zaobserwowany sygnał jest fałszywy. Wartość odchylenia standardowego, od której w nauce ogłaszane jest odkrycie wynosi 5 sigma. Przy tym poziomie prawdopodobieństwo, iż zarejestrowane dane są przypadkowym fałszywym sygnałem wynosi poniżej 0,00006%. Naukowcy z Cambridge mówią, że potrzebują od 16 do 24 godzin obserwacji za pomocą Teleskopu Webba, by (ewentualnie) zwiększyć poziom ufności do 5 sigma.
K2-18b krąży w ekosferze chłodnego karła K2-18 znajdującego się w odległości 120 lat świetlnych od Ziemi w Gwiazdozbiorze Lwa. Jest ona 8,6 razy bardziej masywna od Ziemi. Rozmiary plasują ją pomiędzy wielkością Ziemi a Neptuna. W Układzie Słonecznym nie istnieje żaden „mini-Neptun”, dlatego słabo rozumiemy takie światy. Jeśli zaś K2-18b jest rzeczywiście planetą hyceańską, jeśli taki typ planet istnieje, mogą być one dobrym celem poszukiwania życia. Tradycyjnie życia poszukiwaliśmy na mniejszych skalistych planetach, jednak atmosfery większych światów hyceańskich jest łatwiej badać, mówił przed kilkunastoma miesiącami Nikku Madhusudhan z Uniwersytetu w Cambridge.
Termin „planety hyceańskie" został ukuty – na podstawie badań K2-18b – przez naukowców z Uniwersytetu w Cambridge na określenie hipotetycznej klasy planet. Pochodzi od połączenia słów „wodór” (hydrogen) i „ocean”. Oznacza potencjalnie nadające się do zamieszkania gorące planety pokryte oceanami, które posiadają bogatą w wodór atmosferę. Zdaniem brytyjskich uczonych mogą być bardziej powszechne niż planety typu ziemskiego.
Badacze z Cambridge obserwują K2-18b za pomocą Teleskopu Webba. Już wcześniej za pomocą instrumentów NIRISS i NIRSpec zauważyli sygnały, które mogą pochodzić od siarczku dimetylu. Niedawno potwierdzili je za pomocą instrumentu MIRI. To niezależna linia dowodowa, zdobyta za pomocą instrumentu, którego wcześnie nie wykorzystywaliśmy. Działa on w zakresie fal świetlnych, który nie nakłada się na zakres wcześniej używanych instrumentów. Sygnał jest silny i czytelny, mówi główny autor badań, profesor Nikku Madhusudhan.
Dotychczas przeprowadzone badania wskazują jednak, że poziom DMS/DMDS w atmosferze K2-18b jest tysiące razy wyższy, niż w atmosferze Ziemi i wynosi ponad 10 części na milion. Wcześniejsze prace teoretyczne wskazywały, że atmosfera planet hyceańskich może być bogata w gazy zawierające siarkę. Nasze obserwacje zgadzają się z teoretycznymi obliczeniami. Biorąc pod uwagę to, co dotychczas wiemy o tej planecie, najbardziej możliwym scenariuszem jest świat hyceański, w którego oceanie istnieje życie, dodaje uczony.
Naukowiec studzi jednak zapał i podkreśla, że jest zbyt wcześnie, by ogłaszać istnienie życia na egzoplanecie. Może bowiem istnieć nieznany nam proces chemiczny, w wyniku którego powstają DMS i DMDS. Dlatego też chce przeprowadzić eksperymenty i badania teoretyczne, by sprawdzić, czy wspomniane związki mogą powstawać w procesach nie związanych z biologią i w takiej ilości, jak zostały zaobserwowane.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.