Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Rok 2022 – początek wodorowej rewolucji?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Jądro wewnętrzne Ziemi, sztywne bogate w żelazo ciało stałe o średnicy 1250 kilometrów powoli rośnie, w miarę jak płynne jądro zewnętrzne ochładza się i krystalizuje. Specjaliści od dawna nie mogą dość do porozumienia, kiedy rozpoczął się ten proces. Jedni uważają, że trwa on od ponad 2 miliardów lat, zdaniem innych to proces stosunkowo niedawny, liczący sobie nie więcej niż pół miliarda lat. Badań nie ułatwia fakt, że nie wystarczy po prostu stwierdzić, kiedy materiał jądra schłodził się na tyle, by skrystalizować.
Jeśli założymy, że jądro zbudowane jest z czystego żelaza, to temperatura topnienia żelaza wcale nie musi być punktem odniesienia dla określenia temperatury, w której ono krystalizuje. Tak jak woda może wymagać schłodzenia nawet do -30 stopni Celsjusza zanim spadnie grad, tak i żelazne jądro może potrzebować znacznie niższej temperatury, by krystalizować. Wcześniejsze badania pokazywały, że żelazne jądro musiałoby schłodzić się o 800–1000 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia zanim skrystalizuje. Jednak symulacje pokazały, że gdyby osiągnęło tak niską temperaturę, doszłoby do gwałtownego wzrostu jądra wewnętrznego i zniknięcia pola magnetycznego Ziemi. Tymczasem badania sejsmiczne oraz badania magnetyzmu skał wykazały, że do takiego wydarzenia nigdy nie doszło.
Autorzy nowych badań uważają, że do powstania stałego jądra wystarczyło, by w przeszłości materiał schłodził się zaledwie o 250 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia. Jak jednak możliwe jest tak niewielkie schłodzenie – pamiętajmy, że musimy uwzględniać tutaj też olbrzymie ciśnienie wewnątrz Ziemi – i ciągłe istnienie stałego jądra wewnętrznego? Naukowcy odpowiedzieli na to pytanie, symulując obecność w jądrze innych pierwiastków, takich jak krzem, siarka, tlen i węgiel. Każdy z nich istnienie w warstwach położonych powyżej, zatem może istnieć też w jądrze. A musimy tutaj opierać się na symulacjach, bo do samego jądra nie jesteśmy w stanie dotrzeć, by zbadać jego skład chemiczny.
Naukowcy przeprowadzili komputerową symulację jądra składającego się ze 100 000 atomów, które zostaje poddane ciśnieniu takiemu, jak we wnętrzu Ziemi. Śledzili w jaki sposób, w temperaturze stosunkowo niewiele niższej mogą tworzyć się tam zbitki atomów podobne do kryształów, które dały początek krystalizacji.
Badania dały zaskakujący wynik. Okazało się, że krzem i siarka, pierwiastki o których zawsze sądzono, że są obecne w jądrze, spowalniały krystalizację. Innymi słowy, gdyby powszechnie występowały one w jądrze, temperatura musiałaby spaść znacznie bardziej, by zaczęło się tworzyć jądro wewnętrzne. Natomiast obecność węgla przyspieszała krystalizację. Kolejne testy wykazały, że jeśli węgiel stanowi w jądrze 2,4% jego masy, to konieczne byłoby schłodzenie o 420 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia żelaza. To zbyt dużo. Jeśli jednak węgiel to 3,8% masy jądra, wystarczy temperatura o 266 stopni niższa niż temperatura topnienia. To jedyny zakres, który wyjaśnia zarówno istnienie jądra wewnętrznego, jak i jego obecne rozmiary.
Wyniki badań sugerują, że w jądrze Ziemi węgla jest więcej niż przypuszczano i że bez jego odpowiedniego udziału, mogłoby nie dojść do powstania jądra wewnętrznego.
Ze szczegółowymi wynikami analizy można zapoznać się w artykule Constraining Earth’s core composition from inner core nucleation.
« powrót do artykułu -
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.