Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Cykl węglanowo-krzemianowy chroni życie na Ziemi przed katastrofalną zmianą klimatu

Recommended Posts

Klimat Ziemi przechodził zmienne koleje losu, od bardzo gorącego po epoki lodowe. Mimo to życie na naszej planecie przetrwało 3,7 miliarda lat. Badacze z MIT potwierdzili właśnie, że Ziemia posiada działający na przestrzeni setek tysięcy lat mechanizm regulacji, dzięki któremu nie dochodzi do katastrofalnych zmian klimatu, które mogłyby zakończyć historię życia.

Naukowcy od dawna podejrzewali, że cykl węglanowo-krzemianowy odgrywa ważną rolę w ziemskim obiegu węgla. Polega on na wiązaniu atmosferycznego CO2 przez skały. Teraz udało się zdobyć bezpośrednie dowody, że działa on w skali geologicznej jak stabilizator klimatu.

Nowe dowody opierają się na badaniach danych paleoklimatycznych i zmianach średnich temperatur na Ziemi na przestrzeni ostatnich 66 milionów lat. Naukowcy z MIT przeprowadzili analizy matematyczne, by sprawdzić, czy pojawi się jakiś wzorzec, który wskazywałby na istnienie mechanizmu stabilizującego globalne temperatury w skali geologicznej. I taki wzorzec znaleźli. Pojawia się on na przestrzeni setek tysięcy lat, co jest zgodne ze skalą, w jakiej powinien działać mechanizm stabilizujący wywoływany przez wietrzenie krzemianów.

Z jednej strony to dobra wiadomość, bo dzięki temu wiemy, że obecne globalne ocieplenie zostanie zniwelowane za pomocą tego mechanizmu. Jednak z drugiej strony, potrwa to setki tysięcy lat, a to zbyt wolno, by rozwiązać nasze obecne problemy, mówi Constantin Arnscheidt z MIT. Jest on, wraz z profesorem Danielem Rothmanem, współautorem badań.

Naukowcy już wcześniej widzieli pewne oznaki działania mechanizmu stabilizującego. Analizy chemiczne starych skał wskazywały bowiem, że przepływ węgla ze skorupy ziemskiej i do niej jest dość zrównoważony, nawet gdy dochodzi do znacznych zmian temperatur na Ziemi. Modele obliczeniowe wskazywały, że proces wietrzenia krzemianów może w pewnym stopniu stabilizować klimat. Ponadto sam fakt, że życie na Ziemi przetrwało miliardy lat sugerował istnienie jakiegoś wbudowanego, geologicznego, mechanizmu zapobiegającego ekstremalnym zmianom temperatury.

Mamy planetę, której klimat poddany był wielu dramatycznym zmianom. Dlaczego życie je przetrwało? Jedno z wyjaśnień brzmi, że musi istnieć jakiś mechanizm stabilizujący temperatury w zakresie zdanym dla życia. Jednak dotychczas nikt nie przedstawił dowodów, że taki mechanizm bez przerwy kontroluje klimat naszej planety, wyjaśnia Arnscheidt.

Rothman i Arnscheidtprzjrzeli się danym dotyczącym zmian temperatury na Ziemi. Informacje na ten temat pochodziły zarówno z analiz składu chemicznego muszli sprzed milionów lat, jak i z badań rdzeni lodowych. Nasze badania były możliwe tylko dzięki temu, że nauka dokonała olbrzymiego postępu w dziedzinie zwiększenia rozdzielczości danych temperaturowych. Dysponujemy więc zapisem z ostatnich 66 milionów lat, w którym poszczególne punkty pomiaru temperatury są oddalone od siebie najwyżej o kilka tysięcy lat, wyjaśniają uczeni.

Naukowcy wykorzystali stochastyczne równania różniczkowe, które są do poszukiwania wzorców w zestawach wysoce zmiennych danych. Okazało się, że w ten sposób można przewidzieć co się będzie działo z klimatem, jeśli istnieje mechanizm go stabilizujący. To trochę podobne do pędzącego samochodu. Gdy naciśniemy hamulec, upłynie trochę czasu, zanim samochód się zatrzyma. To właśnie nasza skala, w której klimat – w wyniku działania tego mechanizmu – powraca do stanu stabilnego – wyjaśniają uczeni. Gdyby taki mechanizm nie istniał, zmiany temperatury powinny zwiększać się z czasem. Jednak tak się nie dzieje. W pewnym momencie mechanizm stabilizujący jest silniejszy i nie dochodzi do ekstremalnych zmian, zagrażających istnieniu życia na Ziemi. Skala tych zmian – wynosząca setki tysięcy lat – jest zgodna z przewidywaniami dotyczącymi skali działania cyklu węglowo-krzemianowego.

Co ciekawe, naukowcy nie znaleźli żadnego mechanizmu, który stabilizowałby klimat w skali dłuższej niż milion lat. Zdaniem autorów badań, mieliśmy szczęście, że zmiany w tej skali nie były dotychczas ekstremalnie duże. Są dwie szkoły. Jedni mówią, że to przypadek, zdaniem innych – istnieje mechanizm stabilizujący. Na podstawie danych wykazaliśmy, że prawda prawdopodobnie leży po środku. Innymi słowy, istnieje mechanizm stabilizujący, ale i zwykłe szczęście odegrało rolę pomogło życiu na Ziemi przetrwać miliardy lat, wyjaśnia Arnscheidt.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W ostatnią sobotę na Ziemię powrócił tajemniczy X-37B, znany też jako Orbital Test Vehicle (OTV). Napędzana energią słoneczną pojazd, który wyglądem przypomina prom kosmiczny, spędził w przestrzeni kosmicznej 908 dni. Była to już jego 6. misja. Poprzednia trwała 780 dni, a od czasu pierwszego wystrzelenia w 2010 roku X-37B przebywał poza Ziemią łącznie 3774 dni i przeleciał w tym czasie ponad 2 miliardy kilometrów.
      O najnowszej misji pojazdu wiadomo niewiele ponad to, że na jego pokładzie znajdował się moduł serwisowy, który prowadził eksperymenty na potrzeby Naval Research Laboratory, U.S. Air Force Academy i innych instytucji. Moduł oddzielił się od pojazdu przed rozpoczęciem manewru lądowania. Wiemy też, że X-37B wyniósł w przestrzeń kosmiczną satelitę FalconSat-8, który został zbudowany przez kadetów U.S. Air Force Academy we współpracy z Air Force Research Laboratory. Od października ubiegłego roku satelita ten znajduje się na orbicie.
      X-37B został wybudowany przez Boeinga na zamówienie United States Space Force. Pojazd ma 8,8 metra długości i jest autonomiczny. Przypomina promy kosmiczne, które były jednak znacznie większe. Miały bowiem 37 metrów długości i były pilotowane przez ludzi.
      U.S. Space Force prawdopodobnie posiada dwa takie pojazdy. Dotychczas odbyły one sześć misji, a każda była dłuższa od poprzedniej. Ta ostatnia, OTV-6, rozpoczęła się 17 maja 2020 roku i zakończyła 12 listopada 2022 roku.
      Space Force i Boeing informują, że X-37B to głównie platforma testowa, która pozwala na sprawdzenie, jak różnego typu ładunek znosi długotrwały pobyt w przestrzeni kosmicznej. To, co OTV zabiera na pokład jest w znacznej mierze tajne. Nie są też podawane informacje na temat orbity pojazdu, z góry też nie wiemy, jak długo potrwa każda z misji.
      Od czasu do czasu wojskowi zdradzają jednak niektóre szczegóły. Dzięki temu wiemy, że w ramach OTV-6 testowano Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module zbudowany przez Naval Research Laboratory, laboratorium badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i Korpusu Marines. To urządzenie wielkości pudełka pizzy, którego zadaniem jest zamiana energii słonecznej na mikrofale i przesłanie ich na Ziemię. Eksperymenty tego typu przybliżają moment budowy efektywnych elektrowni fotowoltaicznych na orbicie i przesyłania z nich prądu na Ziemię.
      Na pokładzie OTV-6 prowadzono też, na zlecenie NASA, badania nad długotrwałym przebywaniem nasion w przestrzeni kosmicznej oraz wpływem środowiska pozaziemskiego na różne materiały.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki teleskopowi Gemini North na Hawajach udało się wykryć najbliższą Ziemi czarną dziurę. Obiekt Gaia BH1 ma masę 10-krotnie większą od Słońca i znajduje się w odległości 480 parseków (ok. 1560 lat świetlnych) od Ziemi w Gwiazdozbiorze Wężownika.
      Dziurę odkryto dzięki temu, że krąży wokół niej żółty karzeł typu widmowego G o masie 0,93 mas Słońca i metaliczności podobnej do słonecznej. Jest to więc gwiazda tego samego typu, co Słońce. Weź Układ Słoneczny, wsadź czarną dziurę tam, gdzie jest Słońce, a Słońce tam, gdzie jest Ziemia i masz obraz tego układu, wyjaśnia główny autor badań Kareem El-Badry, astrofizyk z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i Instytutu Astronomii im. Maksa Plancka. Okres orbitalny gwiazdy wokół Gai BH1 wynosi aż 185,6 ziemskich dni, jest więc dłuższy niż jakikolwiek znany nam okres orbitalny w podobnym układzie.
      Wielokrotnie ogłaszano odkrycie podobnych systemów, jednak niemal wszystkie te stwierdzenia zostały z czasem obalone. Tutaj mamy pierwsze jednoznaczne odkrycie w naszej galaktyce gwiazdy typu słonecznego na szerokiej orbicie wokół czarnej dziury o masie gwiazdowej, dodaje El-Badry.
      Obecne modele astronomiczne nie wą w stanie wyjaśnić, w jaki sposób mógł powstać taki system. Przede wszystkim dlatego, że skoro mamy czarną dziurę o masie 10-krotnie większej od masy Słońca, to musiała ona powstać z gwiazdy o masie co najmniej 20-krotnie większej od masy Słońca. To oznacza, że mogła ona istnieć zaledwie przez kilka milionów lat. Jeśli zaś obie gwiazdy – czyli ta, która zamieniła się w czarną dziurę i ta, która wokół niej krąży – powstały w tym samym czasie, to bardziej masywna z gwiazd na tyle szybko powinna zmienić się w czerwonego olbrzyma, pochłaniając towarzyszącą gwiazdę, że towarzyszka nie zdążyłaby wyewoluować do etapu gwiazdy ciągu głównego podobnej do Słońca. Nie wiadomo, jak towarzyszka czarnej dziury przetrwała etap czerwonego olbrzyma drugiej z gwiazd. Modele teoretyczne, które zakładają taką możliwość, mówią, że gwiazda o masie Słońca powinna znajdować się na znacznie ciaśniejszej orbicie wokół czarnej dziury.
      To oznacza, że w naszym rozumieniu tworzenia się i ewolucji czarnych dziur w układach podwójnych znajdują się spore luki, co sugeruje, że istnienie niezbadana dotychczas populacja czarnych dziur w takich układach.
      Trzeba tutaj przypomnieć, że rok temu poinformowano, iż wokół czerwonego olbrzyma V723 Mon, w odległości 460 parseków (ok.1500 lat świetlnych) od Ziemi, krąży najbliższa nam czarna dziura. Po jakimś czasie okazało się, że w układzie tym nie ma czarnej dziury.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Większość współczesnych teorii dotyczących powstania Księżyca mówi, że miliardy lat temu w Ziemię uderzył obiekt wielkości Marsa, zwany Theią. W wyniku kolizji pojawiła się olbrzymia liczba szczątków, które krążąc wokół Ziemi przez miesiące i lata, uformowały Księżyc. Jednak autorzy autorzy najnowszych badań, w ramach których przeprowadzono symulację w wysokiej rozdzielczości, uważają, że Księżyc powstał... w ciągu kilku godzin.
      To otwiera całą gamę nowych możliwości badawczych dotyczących początku ewolucji Księżyca, mówi główny autor badań, Jacob Kegerris. Rozpoczęliśmy ten projekt, nie wiedząc, jakie będą wyniki symulacji w wysokiej rozdzielczości. Byliśmy niezwykle zaskoczeni faktem, że symulacje o standardowej rozdzielczości mogą dawać tak bardzo mylne odpowiedzi.
      Uczeni z należącego do NASA Ames Research Center przeprowadzili najbardziej szczegółową symulację dotyczącą powstania Księżyca czy też wyników innych wielkich kolizji. Wykazała ona, że symulacje o niższej rozdzielczości, biorące pod uwagę mniej danych, mogą omijać bardzo ważne aspekty i skutki takich kolizji.
      Jeśli chcemy zrozumieć proces powstawania księżyca musimy wziąć pod uwagę to, co o nim wiemy – jego masę, orbitę oraz szczegółowe wyniki analizy skał księżycowych – i stworzyć scenariusz, w wyniku którego zobaczymy taki Księżyc, jakim widzimy go obecnie.
      Wcześniejsze teorie dobrze wyjaśniały niektóre właściwości Srebrnego Globu, ale pozostawiały poważne luki. Jedną z takich tajemnic był skład księżycowych skał. Ich sygnatury izotopowe są bardzo podobne do sygnatur izotopowych skał z Ziemi, a odmienne od materiału z Marsa czy innych ciał niebieskich. To najprawdopodobniej oznacza, że materiał, z którego zbudowany jest Księżyc, pochodzi z Ziemi.
      Jedne z branych wcześniej pod uwagę scenariuszy zakładały, że po zderzeniu materiał z Thei trafił na orbitę Ziemi i wymieszał się z niewielką ilością materiału z Ziemi. Jednak w takim wypadku izotopowy skład Księżyca nie byłby aż tak bardzo podobny do składu Ziemi. Chyba, że Theia była pod tym względem do Ziemi podobna, co jest jednak mało prawdopodobne. Dlatego też znacznie bardziej prawdopodobnym scenariuszem jest ten, według którego Księżyc powstał głównie z materiału z górnych warstw skorupy ziemskiej. Istnieje też hipoteza mówiąca, że Księżyc powstał wewnątrz obracającej się kuli materiału odparowanego w wyniku kolizji. Jednak nie wyjaśnia ona obecnej orbity Księżyca.
      Najnowsza symulacja, pokazująca, że Księżyc uformował się bardzo szybko z materiału z Ziemi, wyjaśnia zarówno jego skład, jak i obecną orbitę. Wynika z niej, że Srebrny Glob utworzył się w ciągu kilku godzin, a jego jądro nie było całkowicie stopione. To wyjaśnia zarówno cienką skorupę oraz orbitę wokół naszej planety. Jest to najbardziej pełne wyjaśnienie obserwowanych obecnie właściwości Księżyca.
      Uczeni zaznaczają, że dokładne określenie, która z obecnie proponowanych hipotez jest tą prawdziwą będzie możliwe w przyszłości, gdy kolejne misje przywiozą pobrane z większych głębokości próbki z innych części Księżyca. Wówczas można będzie porównać wyniki badań próbek z proponowanymi scenariuszami.
      Prowadzone badania mają znaczenie nie tylko dla określenia ewolucji Księżyca, ale dla lepszego poznania kosmosu. Przestrzeń kosmiczna jest pełna kolizji i pozostałości po nich. Mają one olbrzymi wpływ na tworzenie się i formowanie układów planetarnych.


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W najbliższy poniedziałek NASA spróbuje zrobić coś, czego ludzkość nigdy wcześniej nie dokonała – zmienić tor lotu asteroidy. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, 26 września o godzinie 21:14 czasu polskiego w asteroidę Dimorphos uderzy pojazd DART. Będzie to pierwszy w historii test obrony Ziemi przed asteroidami.
      Dimorphos ma około 170 metrów średnicy, krąży wokół 800-metrowego Didymosa i wcale nam nie zagraża. W momencie zderzenia będzie znajdował się około 11 milionów kilometrów od Ziemi. Misja DART ma na celu sprawdzenie przede wszystkim, czy jesteśmy w stanie trafić wysłanym z Ziemi pojazdem w asteroidę oraz czy po uderzeniu asteroida zmieni kurs. NASA chce, by pędzący z prędkością 23 000 km/h pojazd wielkości samochodu przesunął Dimorphosa skracając o 10 minut czas jego obiegu wokół Didymosa. Obecnie Dimorphos okrąża większą asteroidę w ciągu 11 godzin i 55 minut. Skrócenie tego czasu o 10 minut zostanie zarejestrowane przez naziemne teleskopy.
      Przed kilkoma tygodniami od misji DART oddzielił się satelita LICIACube, który podąża jego śladem. Po uderzeniu LICIACube będzie towarzyszył układowi Dimorphos-Didymos i przysyłał nam jego zdjęcia, na podstawie których specjaliści będą oceniali skutki zderzenia. Ponadto w październiku 2024 roku ma wystartować misja Hera Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dwa lata później Hera spotka się z Dimorphosem i dokona szczegółowych pomiarów. W jej ramach na Dimorphosie ma wylądować miniaturowy lądownik.
      Czy coś nam grozi?
      W Układzie Słonecznym znajdują się miliardy komet i asteroid. Niewielka część z nich to NEO (near-Earth object), czyli obiekty bliskie ziemi. Za NEO uznawany jest obiekt, którego peryhelium – punkt orbity najbliższy Słońcu – wynosi mniej niż 1,3 jednostki astronomicznej. Jednostka astronomiczna (j.a.) to odległość pomiędzy Ziemią a Słońcem, wynosi ona 150 milionów kilometrów. To 1,3 j.a. od Słońca oznacza bowiem, że taki obiekt może znaleźć się w odległości 0,3 j.a. (45 milionów km) od Ziemi.
      Obecnie znamy (stan na 21 września bieżącego roku) 29 801 NEO. Uznaje się, że asteroidy o średnicy większej niż 20 metrów mogą, w przypadku wpadnięcia w atmosferę Ziemię, dokonać poważnych lokalnych zniszczeń. Oczywiście im asteroida większa, tym bardziej dla nas niebezpieczna. Za bardzo groźne uznawane są asteroidy o średnicy ponad 140 metrów, a te o średnicy ponad 1 kilometra mogą spowodować katastrofę na skalę globalną.
      Wśród wszystkich znanych nam NEO jest 10 199 obiektów o średnicy ponad 140 metrów i 855 o średnicy przekraczającej kilometr. Specjaliści uważają, że znamy niemal wszystkie NEO o średnicy przekraczającej kilometr. Wiemy też, że przez najbliższych 100 lat żaden taki obiekt nie zagrozi Ziemi. Jednak już teraz przygotowywane są scenariusze obrony.
      Gdybyśmy bowiem wykryli tak wielki obiekt, a badania jego orbity wykazałyby, że prawdopodobnie uderzy w Ziemię, będziemy potrzebowali całych dziesięcioleci, by się obronić. Jeśli bowiem chcielibyśmy zmieniać trasę takiego obiektu, to biorąc pod uwagę jego olbrzymią masę, już teraz wiemy, że wysłany z Ziemi pojazd, uderzając w asteroidę, tylko minimalnie zmieniłby jej trajektorię. Do zderzenia musiałoby zatem dojść na całe dziesięciolecia przed przewidywanym uderzeniem w Ziemię, by ta minimalna zmiana kumulowała się w czasie i by asteroida ominęła naszą planetę.
      Co lata obok
      W bieżącym roku w pobliżu Ziemi pojawi się kilka naprawdę dużych NEO. Pierwszą z nich będzie asteroida 2022 RM4 o średnicy 330–740 metrów, która 1 listopada przeleci w odległości 2,3 miliona kilometrów od nas. Trzy tygodnie później w trzykrotnie większej odległości od Ziemi znajdzie się 2019 QR1 o średnicy 180–410 metrów, a 2 i 3 grudnia w odległości około 5 milionów kilometrów przelecą obiekty o średnicy – odpowiednio – 320-710 m i 150-330 m.
      Jeśli zaś chodzi o asteroidy o średnicy ponad 1 kilometra, to w ciągu najbliższych 12 miesięcy będziemy mieli dwa takie spotkania. Już 16 lutego 2023 w odległości około 4,5 miliona kilometrów od Ziemi znajdzie się asteroida 199145 (2005 YY128) o średnicy 570–1300 metrów, a 13 kwietnia w podobnej odległości minie nas 436774 (2012 KY3) o średnicy 540–1200 metrów. Na odwiedziny prawdziwego olbrzyma musimy zaś poczekać do 2 września 2057 roku. Wtedy w odległości 7,5 miliona kilometrów minie nas pędząca z prędkością 48 492 km/h asteroida 3122 Florence o średnicy 4,9 km.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na łamach PNAS (Proceedings of the National Academies of Sciences) opublikowano właśnie artykuł The abundance, biomass, and distribution of ants on Earth, w którym naukowcy z Niemiec, Australii, Chin i Francji odpowiadają na pytanie o liczbę mrówek żyjących na Ziemi.
      Pytanie wydaje się mało poważne, jak na tak poważne wydawnictwo, jednak – jak podkreślają autorzy badań – znajomość rozkładu i liczebności organizmów jest podstawą do zrozumienia ich roli w ekosystemie. Mrówki żyją niemal na całej Ziemi, ich rolę trudno przecenić, a mimo to dotychczas nie znaliśmy ich liczebności. Na szczęście właśnie ją poznaliśmy.
      Autorzy artykułu przeanalizowali dane z 489 badań nad mrówkami. Obejmowały one wszystkie kontynenty, główne biomy i habitaty. Na tej podstawie uczeni oszacowali, że liczba mrówek wynosi 20 x 1015 czyli 20 000 000 000 000 000, to 20 biliardów osobników. I są to ostrożne szacunki.
      Taka liczba mrówek odpowiada biomasie około 12 milionów ton suchego węgla. To więcej niż biomasa wszystkich dzikich ptaków i ssaków oraz około 20% biomasy wszystkich ludzi.
      Naukowcy określili też dystrybucję różnych mrówek w różnych ekosystemach. To niezwykle ważna wiedza. Każdego roku mrówki przemieszczają do 13 ton ziemi na każdy hektar. Mają więc olbrzymi wpływ na obieg składników odżywczych i odgrywają decydującą rolę w dystrybucji nasion, mówi Patrick Schultheiss.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...