Oceany schładzają Ziemię bardziej, niż się wydawało
-
Similar Content
-
By 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 -
By 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 -
By 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 -
By KopalniaWiedzy.pl
W 2022 roku w pobliżu Tonga na Pacyfiku doszło do erupcji podwodnego wulkanu Hunga Tonga–Hunga Haʻapai. Była to jedna z najpotężniejszych erupcji w czasach współczesnych. Do atmosfery trafiła olbrzymia ilość wody, więc naukowcy ogłosili, że prawdopodobnie przyczyni się to do przejściowego dodatkowego ogrzania powierzchni Ziemi. Obawy okazały się jednak bezzasadne. Opublikowane właśnie na łamach Nature badania pokazują, że nie tylko nie doszło do ogrzania planety, ale erupcja wulkanu spowodowała spadek temperatur na półkuli południowej o 0,1 stopnia Celsjusza.
Erupcje wulkaniczne, wyrzucając do atmosfery popiół, pył i różne gazy, zwykle przyczyniają się do przejściowego schłodzenia powierzchni planety. Tymczasem Hunga Tonga nie dostarczył do stratosfery zbyt dużej ilości aerozoli. Stwierdzono natomiast, że duża ilość wody, jaka trafiła do stratosfery, może przejściowo przyczynić się do niewielkiego zwiększenia temperatury na powierzchni planety, gdyż para wodna jest gazem cieplarnianym.
Okazuje się, że nic takiego się nie stało, a półkula południowa się ochłodziła. Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) i ich koledzy z Pennsylvannia State University i Vanderbilt University stwierdzili właśnie, że przyczyną takiego stanu rzeczy było uformowanie się mniejszych cząstek aerozoli zawierających siarkę, których wpływ chłodzący przeważył nad wpływem ocieplającym pary wodnej. Para wodna weszła w interakcje z dwutlenkiem siarki i innymi gazami w atmosferze – w tym z ozonem – w taki sposób, który nie zwiększył ocieplenia.
Naukowcy wykorzystali satelity do śledzenia pary wodnej, aerozoli siarczanowych i ozonu oraz ich wpływu na temperatury. Szczegółowe analizy pozwoliły określić, w jaki sposób erupcja zmieniła przepływ energii w atmosferze i wpłynęła na temperatury na powierzchni. Badacze dowiedzieli się, że natychmiast po erupcji doszło do strat energii netto w pobliżu tropopauzy. Aerozole, które powstały w wyniku wybuchu Hunga Tonga były o około 50% mniejsze niż te po erupcji Pinatubo, dzięki czemu lepiej blokowały światło słoneczne i schładzały atmosferę pomimo obecności dodatkowej pary wodnej. Zaskakujące informacje o chłodzącym wpływie tej erupcji uzyskano dzięki włączeniu do analizy wpływu ozonu i innych składników atmosfery, podczas gdy autorzy wcześniejszych badań skupiali się głównie na aerozolach siarczanowych i parze wodnej.
Z badań wynika, że erupcje wulkanów znajdujących się płytko pod wodą prowadzą do złożonych zmian w atmosferze. O ile półkula południowa się nieco ochłodziła, istnieją przesłanki by przypuszczać, że półkula północna uległa minimalnemu ogrzaniu przez parę wodną. Generalnie jednak w skali planety erupcja wywarła niewielki efekt chłodzący.
Główny wniosek z badań jest taki, że aerozole siarczanowe rzeczywiście przyczyniły się do niewielkiego ochłodzenia półkuli południowej. Część tego efektu chłodzącego spowodowana była faktem, że rozmiary aerozoli były optymalne jeśli chodzi o ich właściwości chłodzące. Stały się takie dzięki złożonym interakcjom chemicznym i mieszaniu się atmosfery, których do końca jeszcze nie rozumiemy. Nasze badania pokazują też, że próby zastosowania geoinżynierii do schłodzenia Ziemi mogą mieć liczne, nieprzewidziane konsekwencje, dodaje Gupta.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.