Kokolitofory - mali bohaterowie mórz i oceanów

Kokolitofory (Coccolithophores), to tajemnicze morskie żyjątka, które wpływają na klimat na Ziemi bardziej niż Wam się wydaje.

Ciepłe bajorko Darwina

Wygląda na to, że Darwin i tym razem miał rację. Ciepłe bajorka w pobliżu źródeł hydrotermalnych są lepszym środowiskiem do powstania życia niż okolice dna oceanów w pobliżu tzw. ventów

Mech i wielkie wymieranie

Pierwsze mchy pojawiły się na lądzie w ordowiku. Uruchomiona przez nie reakcja hydrolizy krzemianów doprowadziła do zlodowacenia i wielkiego wymierania.

Zagłuszanie oceanu

Ocean pełen jest dźwięków. Trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów i odgłosy zwierząt. Coraz częściej jednak słychać hałas ludzkich urządzeń. Hałas, który zabija wieloryby.

Kleszcze i niesporczaki w kosmosie

Nie są tak odporne jak bakterie, a jednak. Niesporczaki i kleszcze są w stanie przetrwać podróż międzygwiezdną i zasiedlić kosmos.

poniedziałek, 30 grudnia 2013

Promosaurus - poradnik promocji nauki

Od kilku miesięcy należę do grona wybrańców - posiadaczy drukowanego egzemplarza "Promosaurusa - poradnika promocji nauki" wydanego pod redakcją Piotra Żabickiego i Edyty Giżyckiej przez Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu (CITTRU) działające na Uniwersytecie Jagiellońskim. Pora zatem na kilka słów tytułem recenzji.

Tak więc mam w ręku poradnik i nie wiem czy najpierw go czytać czy poić nim oczy. "Promosaurus" pod względem edytorskim nawiązuje do znanego już z wydań NIMB-a charakterystycznego składu tekstu i oprawy graficznej. Ma zatem wyrazisty styl, który już chyba na zawsze będę kojarzył z CITTRU. To niewątpliwa zaleta i jednocześnie pierwszy ważny przekaz dla popularyzatorów nauki - "po pierwsze primo" macie przykuwać uwagę! I to się "Promosaurusowi" z pewnością udało.

Dzieło chętnie bierze się do ręki i mimowolnie zaczyna kartkować. Temu typowi mimowolnych czytaczy odpowiada po części skład tekstu, w którym jest mnóstwo insertów, które, umieszczone na marginesach, przykuwają wzrok i przekazują kondensat całości strony. Przy tej okazji doceniłem wartość elektronicznej wersji poradnika, w której można bezpośrednio kliknąć w linki internetowe i zobaczyć treść odsyłacza. W wersji papierowej, kilkulinijkowy link z nieoczywistym ciągiem znaków jest raczej bezużyteczny. Aż się prosi, żeby umieścić przy nich kody kreskowe np. typu Aztec.

No, ale widocznie redakcja uznała, że "Promosaurus" dystrybuowany będzie głównie w internecie, więc problemu oczywiście nie ma. Dotyczy to także, maławej czcionki w insertach w stopce, która w wersji papierowej jest na granicy rozdzielczości mojego nieuzbrojonego oka. Ponieważ jednak mam dostęp do obu wesji poradnika, wypada zauważyć, że najlepiej korzysta mi się z niego naprzemiennie - czytająć wydruk i klikając na linki w wersji pdf.

Pora zatem na treść. "Promosaurus" skierowany jest do naukowców i studentów, jak we wstępie zaznacza Piotr Żabicki. Wstęp okraszony jest obrazkiem ichtiostegi i wspomnieniem z wizyty w Muzeum Ewolucji i, jak mniemam, stąd nazwa przewodnika. Skojarzenie oczywiście bardzo luźne, ale może stanowić formę kampanii promocyjnej. Parę dni temu studenci Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi (BiNoZ) zaproponowali grę miejską "Gdzie jest BiNoZaur-Wally? Vol. 2" co jakoś skojarzyło mi się z "Promosaurusem". Jeśli udałoby się w ten deseń pociągnąć promocję pozostałych wydziałów Uniwersytetu, może wreszcie UJ pokazałoby jakiś spójny obraz łączący tak odmienne wydziały jak Chemię i Filologię czy Prawo i Administrację.
Wróćmy jednak do poradnika, gdzie zespół autorski jest tak zróżnicowany jak wydziały na Uniwersytecie. Stąd też poradnik nie podaje gotowych przepisów jak promować naukę i jak odnieść sukces. Może to i dobrze, bo znamy już aż nadto poradniki typu "7 sposóbów na dobrą stronę internetową" czy "10 sposobów na zwiększenie oglądalności Twojego blogu". Efektem takich gotowców, są powtarzalne schematy, które przynoszą skutek odwrotny do spodziewanego.

Jest więc "Promosaurus" zbiorem luźnych impersji na temat promocji nauki w różnych wydaniach. Odbieram też poradnik jako zachętę do działania dla początkujących. Oczywiście, każdy z Autorów "Promosaurusa", uważa, że naukę promować należy i to jak najszerzej. Przeważają poglądy, że najlepiej promować to czym się zajmujemy osobiście. Lech Mankiewicz uważa wręcz, że [cyt.]: środowisko "popularyzatorów nauki" ma bowiem istotną słabość, która przejawia się brakiem wglądu w sedno sprawy. Jak widać, takich popularyzatorów omnibusów nie należałoby traktować serio. Cóż, wiele w tym racji, z drugiej jednak strony, w nauce pojawiły się tak wąskie specjalizacje, że przedstawianie ich szerszej publiczności jest problematyczne i odbywać się może sporadycznie. Do tego dochodzą trudności w tłumaczeniu terminów angielskich na polskie, których po prostu nie ma, bo nasi pradziadowie nie przewidzieli w swoim słowniku miejsca na odkrycia naukowe. Mamy zatem spolonizowane terminy angielskie, które są tak samo niezrozumiałe jak angielskie. Przykłady każdy może sobie sam wymyślić. Pozostaje więc tematyka na tyle ogólna, żeby była zjadliwa dla odbiorcy.

Wydaje mi się, że racji nie ma również Krzysztof Ciesielski pisząc, że mamy całkiem bogaty rynek książki popularnonaukowej. Otóż nie mamy. Wystarczy się przejść do jakiejkolwiek księgarni. Dział popularnonaukowy, jeśli w ogóle go znajdziemy, jest bardzo skromny, a często królują w nim pozycje pseudonaukowe typu "Zakazana archeologia". Wspomniany Lech Mankiewicz też widzi tę mizerię, pisząc, że wydawcy zwijają swoje redakcje naukowe, a dziennikarz naukowy, to gatunek zdecydowanie zagrożony (s. 19). Mnie kompozycja działu popularnonaukowego w księgarniach często żenowała, wskazując, że poziom edukacji w Polszcze kiepski jest. Piszę tu o dużym mieście akademickim, a jak wygląda sytuacja na prowincji? W księgarniach królują książki dla dzieci, podręczniki dotowane przez MEN oraz książki kucharskie.

Jak widać, popularyzatora nauki w Polsce czeka ciężki los. Książki i czasopisma nie sprzedają się w nakładach zapewniających zwrot kosztów, bo rynek jest zbyt mały. Prawda niestety jest taka, że promowanie czy popularyzowanie nauki w kategorii przedsięwzięcie biznesowe na polskim rynku jest bardzo ryzykowne. Dla odmiany nauka i jej popularyzacja w wydaniu anglojęzycznym może liczyć na miliard potencjalnych odbiorców. Myli się również ten, kto porównuje frekwencję na wszelkiej maści Nocach Muzeum i Naukowców z popularnością nauki. Noce Muzeów to rodzaj rozrywki, forma spędzenia wolnego czasu, która nie przeradza się w zainteresowanie nauką, a przynajmniej nie widać takiego prostego przełożenia. To jednorazowy akt. Czy jest zatem formą promowania i popularyzowania nauki? W pewnym sensie tak, ale myślę, że taką formę spełniają również "parki jurajskie", gdzie przecież nie o naukę idzie, a o komercję jedynie.

Jest w "Promosaurusie" także i o tym, by komercjalizować naukę, współpracować z biznesem, traktować naukę jak produkt, który można sprzedać. Można i tak, ale czy wtedy nauka będzie jeszcze nauką? Jakoś umknęły mi dyskusje w polskich mediach roztrząsające różnice pomiędzy wynalazczością, inżynierią a nauką. Nauką nie można sterować i niczego nakazać. Nauka to słynna już Eureka! Olśnienie! To fascynacja pozornie nieistotnym odkryciem, które z czasem nabiera praktycznego znaczenia. U źródeł każdego wynalazku leży cała seria obserwacji, prowadzonych często od starożytności. Wystarczy sięgnąć po historię elektryczności.

Naukowcem nie może być nikt, kto tego nie zrozumie lub nie doświadczył na własnej skórze. Dużo o tym w "Promosaurusie". A ja w takich wypadkach mówię o Koperniku, który zajmował się czymś na co w jego czasach kompletnie nie było zapotrzebownia, a jednak stał się dumą polskiej nauki. Podobnie Maria Curie, robiła coś co nikomu w jej czasach nie było potrzebne.

Trochę odkleiłem się od tematu, wracam więc na łono "Promosaurusa". Jeden z bardziej konkretnych tekstów, o tym jak i gdzie promować naukę w internecie napisała Ilona Iłowiecka-Tańska. Autorka zaczyna od wskazania jak promocję badań naukowych traktuje się na stronach internetowych flagowych okrętów polskiej nauki, czyli Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Warszawskiego. Przykład ten pokazuje, że promocja i popularyzacja nauki na polskich uczelniach traktowana jest jak zbędny balast. Trudno się nie zgodzić z tą tezą. Towarem na polskich uczelniach nie jest nauka tylko edukacja.


Kolejna rzecz. Pomimo tego, że "Promosaurus" zaczął się od wspomnienń z Muzeum Ewolucji, to nie ma w nim tekstu nikogo, kto reprezentowałby jakąkolwiek instytucję typu muzeum powołaną do promowania i popularyzowania nauki (oprócz CITTRU). Bardzo mnie to zastanowiło, bo przewodnik jako taki, kierowany jest do naukowców i studentów, ale w rzeczy samej instytucjonalna promocja nauki w Polsce kompletnie leży. I nie są temu winni naukowcy, a tym bardziej studenci.

Pisząc z pozycji naukowca, mam wrażenie, że zachęcając mnie do popularyzowania i promowania nauki proponuje mi się kolejną rzecz do zrobienia, a rozliczać będzie z czego innego. Nikogo nie będzie interesowało ile mam wpisów na blogu, jaką poczytność, ani ilu było słuchaczy na otwartych wykładach. Ważne będzie jakiego mam "hirsza" wg Web of Science, ile mam karentowych publikacji, grantów i wdrożeń, wypromowanych magistrantów i doktorantów. Bo po to jestem naukowcem. Uważam, że powinno być rozgraniczone promowanie i popularyzowanie nauki od jej uprawiania. Oczywiście znajdą się tacy, którzy będą świetni w jednym i drugim, niemniej jednak będą to wyjątki.

Myślę, więc, że grono odbiorców "Promosaurusa" powinno obejmować także instytucje do tego powołane. Mamy na Uniwersytecie Jagiellońskim kilka muzeów, niechaj one, z mocy swej misji będą łącznikiem pomiędzy gabinetem naukowca a publicznością. Podobną misję powinny pełnić akademickie serwisy internetowe redagowane przez powołane do tego redakcje. Jeśli wszyscy zaczniemy robić to co do nas należy, wtedy może być naprawdę dobrze.

Wiem, że wpis pełen jest dygresji odbiegających od recenzji samego poradnika. Myślę, jednak, że łatwość dostępu spowoduje, że Czytelnik sam po niego sięgnie i dowie się wielu ciekawych, przydatnych czy też polemicznych tez. I dotyczy to nie tylko tych, którzy czują, że promocja nauki to ich żywioł. "Promosaurus" wart jest tego, żeby zajrzeć do niego i zastanowić się nad sposobem promowania i popularyzacji nauki w Polsce.

Dlatego uważam, że każdy kto dotarł do końca tych wynurzeń powinien kliknąc tutaj.

wtorek, 17 grudnia 2013

Karmiące matki przeciw kulturze gender

Tym razem chodzi o mleko karmiących piersią matek. Okazuje się, że skład mleka różni się w zależności od płci dziecka oraz sytuacji ekonomicznej kobiety. Pod tym względem człowiek (matka) nie różni się od makaków, fok czy jeleni - uogólniając, od innych ssaków. Ma to związek, jak się wydaje, z odmienną strategią rozrodczą dorosłych już chłopców i dziewczynek oraz z ich oczekiwanym statusem społecznym. Badania porównawcze prowadzono w Kenii i USA, ale schemat jest podobny, niezależnie od tego w jakich warunkach żyją karmiące matki.
Raz bogatszy pokarm otrzymuje dziewczynka, raz chłopczyk. Jak to się ma do gender?

W Kenii matki dobrze sytuowane faworyzują swoim mlekiem synów, dając im mleko o średniej zawartości tłuszczu ok. 2.8%, podczas gdy córki dostają tylko 1.74%. Z kolei biedne kobiety mają w swoich piersiach tłustsze mleko dla dziewczynek (2.6%) a dla chłopczyków tylko 2.3%. Podobne dane uzyskano badając mleko matek w stanie Massachusetts w USA. Bogate Amerykanki faworyzują swoim mlekiem synów. To bardzo podobne wyniki, jakie uzyskano w badaniach szarych fok, czerwonych jeleni czy makaków rezus.

Cóż, wydaje się, że mechanizm takich zachowań jest głęboko zakorzeniony w ewolucji ssaków, w tym ludzi. Kiedy czasy są ciężkie, opłaca się inwestować w córkę, której strategia życiowa jest bardziej zachowawcza (bezpieczniejsza) i która może liczyć na to, że znajdzie się "pod opieką" jakiegoś bogatego biznesmana.
Natomiast, jedynie chłopcy, którym pisany jest sukces społeczno-materialny będą mogli poszczycić się licznym potomstwem. Pokazuje to, że mechanizm poligamii, w której dużą rolę odgrywa dominujący samiec (alfa) odgrywa (odgrywał?) dużą rolę także u ludzi.
W Kenii byłoby to zrozumiałe - bogaty mężczyzna może mieć dużo kobiet, biedny żadnej, więc nie opłaca się w niego inwestować. Ale w USA..? Widocznie działa podobna reguła.

Jak to się ma do kultury gender? Nijak, matki od samego początku, czy tego chcą czy nie, faworyzują poprzez swój pokarm synów lub córki, mając na uwadze szanse na prokreację swoich dzieci w przyszłości. Innymi słowy, zachowania typowe dla płci (gender) mają swoje biologiczne podłoże zmierzające do sukcesu reprodukcyjnego, który jest podstawą inwestycji w dziecko. Nie opłaca się inwestować w chłopca, który nie będzie w przyszłości samcem alfa i nie zapewni licznych wnuków swoim rodzicom. Podobnie u dziewczynek. Kultra gender zakłada, że te wzorce są narzutem kulturowym, ale badania pokazuję, że niezależnie od kultury (czy braku kultury) inwestycja w potomostwo przebiega podobnie.

Co ciekawe, u makaków oprócz białka i tłuszczu, mleko dla męskich potomków ma wyższy poziom kortyzolu, co być może działa także u ludzi i ma wpływ na rozwój chłopców.
Tak czy siak, chłopcy czy dziewczynki są tacy jacy są i mają swoje ewolucyjnie zaprogramowane biologiczne cele, zanim zacznie się je wychowywać. Potem to już zupełnie inna sprawa.



Źródła:
Fujita, M., Roth, E., Lo, Y.-J., Hurst, C., Vollner, J. and Kendell, A. (2012), In poor families, mothers' milk is richer for daughters than sons: A test of Trivers–Willard hypothesis in agropastoral settlements in Northern Kenya. Am. J. Phys. Anthropol., 149: 52–59. doi: 10.1002/ajpa.22092

Notka w Scientific American

Fot. w nagłówku byronpeebles (CC-BY-SA)

poniedziałek, 9 grudnia 2013

Czy Zachodnia Antarktyda przeczy wpływowi człowieka na topnienie lądolodu?

Rdzeń lodowy z wydobyty z Ziemi Ellswortha (Zachodnia Antarktyda) dostarczył dowodów na to, że obecne topnienie lodowców w tym rejonie nie przekracza naturalnych zmian. Tym samym antropogeniczny wpływ na zmniejszanie się czapy lodowej w Zachodniej Antarktydzie został poddany pod wątpliwość.

Rdzeń lodowy przebadany został przez zespół brytyjskich badaczy w ramach programu iSTAR Brytyjskiej Służby Antarktycznej (BAS - British Antarctic Survey). Reprezentował on zapis 308 lat (od 1702 do 2009 roku) zmian klimatycznych Zachodniej Antarktydy, które interpretowano m.in. na podstawie fluktuacji składu izotopów stałych tlenu.
Stwierdzono, że klimat w tym rejonie uzależniony był od zmian temperatury wód powierzchniowych oraz ciśnienia atmosferycznego w tropikalnych częściach Pacyfiku (słynne zjawiska El-Niño i La-Niña). Zapis izotopowy w rdzeniu pokazuje, że obecne topnienie w rejonie Ziemi Ellswortha zapoczątkowane zostało pod koniec lat 50-tych XX w., a jego amplituda podobna jest do tych obserwowanych na Półwyspie Antarktycznym i centralnej części Zachodniej Antarktydy.

Nie to jednak jest najciekawsze w tych badaniach. Otóż, obecne tempo topnienia nie jest wyjątkowe w skali ostatnich 300 lat. Krzywe izotopowe, interpretowane jako zapis temperatury, miały w owym czasie bardziej dramatyczne zmiany, czyli okresy gwałtownych ociepleń i ochłodzeń. Do takich sytuacji dochodziło w połowie XIX i w XVIII wieku.

Wniosek z tego płynie taki, że to, co obserwujemy obecnie wcale nie musi być związane z działalnością człowieka, gdyż skala zjawiska nie przekracza naturalnych zmian jakie zachodziły w zachodniej Antarktyce w ciągu ostatnich 300 lat (Thomas et al., 2013).

Ciekaw jestem, jak sprawy potoczą się dalej, gdyż Zachodnia Antarktyda, obok Grenlandii, podawana była jako przykład gwałtownych zmian spowodowanych tzw. globalnym ociepleniem, wiązanym z uwalnianiem przez człowieka sporych ilości CO2 do atmosfery. W poście poświęconym zmianom poziomu morza wywołanym topnieniem Grenlandii zwróciłem uwagę na to, że Wschodnia Antarktyda notuje obecnie przyrost czapy lodowej, w przeciwieństwie do Zachodniej. Teraz okazuje się, że i w Zachodniej Antarktydzie topnienie można tłumaczyć pre-industrialnymi czynnikami działającymi w przyrodzie.

Nie jest to pierwszy tego typu głos. Podobne badania prowadzono na antypodach, w rosyjskiej Arktyce, gdzie na podstawie rdzenia 1000-letniego stwierdzono, że topnienie lodowców arktycznych jest bardziej złożonym problemem i wcale nie musi wynikać tylko z wpływu człowieka (Opel et al., 2013). W Arktyce w XV i XVI wieku dochodziło do gwałtownych zmian, związanych ze zmianą cyrkulacji atmosferycznej.

Trochę inna skala - krzywa izotopowa tlenu oraz poziom morza na przestrzeni ostatnich 100 mln lat i rozwój czapy lodowej na Antarktydzie (Miller et al., 2008).

Nie jestem ani sceptykiem, ani denialistą, ani też zwolennikiem globalnego ocieplenia. Zawsze, jako człowiek przyzwyczajony do myślenia kategoriami czasu geologicznego, twierdziłem, że 100 czy 150 lat pomiarów to za mało, żeby cokolwiek przesądzać. Patrząc z perspektywy 50 czy 500 mln lat ani obecne stężenie CO2 ani topnienie lądolodów nie robi wrażenia. Z tej perspektywy ciągle żyjemy w epoce lodowej.

Źródła:
Elizabeth R. Thomas et al., 2013. A 308 year record of climate variability in West Antarctica. Geophysical Research Letters, 40: 5492-5496.

Miller, K.G. et al., 2008. A View of Antarctic Ice-Sheet Evolution from Sea-Level and Deep-Sea Isotope Changes During the Late Cretaceous-Cenozoic. Proceedings of the 10th International Symposium on Antarctic Earth Sciences. Whashington.

Notka prasowa BAS - New ice core record shows climate variability in West Antarctica

Fot. w nagłówku by Elizabeth R. Thomas - Baza w zachodniej Antarktyce

czwartek, 14 listopada 2013

Jak długo żyją małże i co nas to obchodzi?

Małże żyją długo. Analizy łuków przyrostowych skorupki małży z gatunku Arctica islandica wskazują, że należą one do najdłużej obecnie żyjących zwierząt na Ziemi. Osobnik, którego wiek obliczano, rozpoczął swój żywot w czasach "gdy wymarła polska szlachta" czyli za króla Olbrachta. Niestety, małż już nie pobije swojego rekordu, bo podczas badań uczeni rozerwali skorupki i uśmiercili biedaka. Ale i tak rekord pozostał - 507 lat.

Historia liczenia daty "urodzin" Arctica islandica rozpoczęła się dobrych parę lat temu, gdy u wybrzeży Islandii wyłowiono małże o dużej liczbie łuków przyrostowych na skorupce. Dokładna analiza wykazała, że łuki te reprezentują roczne przyrosty skorupki małża, podobnie jak roczne przyrosty słojów drzew. Zabrano się więc do liczenia ileż to łuków, czyli lat, mają małże islandzkie. W 2006 roku wyliczono, że 405. Znaczyło to, że żyją od 1601 roku.
Arctica islandica (fot. Manfred Heyde CC-BY)
Ostatnio jednak wrócono do obliczeń i okazało się, że łuków jest jeszcze więcej, bo 507 (Munro & Blier, 2012). Zatem uśmiercony małż żył od 1499 roku, czyli od czasów króla Jana Olbrachta. A. islandica doczekała się więc miana Matuzalema wśród zwierząt (Schoene et al., 2005). Takie małże to gratka dla paleoklimatologów, gdyż w łukach przyrostowych zachowały się proporcje składu izotopów stałych tlenu i węgla w wodzie, w której żył małż, odpowiednio do czasu ich powstania. A stąd już łatwa droga do analiz paleośrodowiskowych.
Przekrój przez skorupę małża. Widać linie przyrostu z zaznaczoną datą 1816. Zapis kończy się w 1868 r. Można sprawdzić (wg Schoene et al., 2005).
Zapis izotopowy odczytany z muszli A. islandica (wg Schoene et al., 2005).
Badania nad długowiecznością małży dostarczyły też informacji o starzeniu się organizmów tkankowych, do których należysz także Ty Drogi Czytelniku. Być może znaleziono eliksir młodości i niebawem będziemy żyli po kilkaset lat, jak małże (dobra okazja do podniesienia wieku emerytalnego). Okazuje się bowiem, że źródłem długowieczności małży jest ich odporność na biologiczny proces utleniania lipidów. Mówiąc wprost, małże mają niski wskaźnik peroksydacji lipidów (PI). Im mniejsze PI tym dłużej żyją.

Źródła:
Munro, D. & Blier, P.U. 2012. The extreme longevity of Arctica islandica is associated with increased peroxidation resistance in mitochondrial membranes. Aging Cell, 11: 845-855.

Schoene, B. et al., 2005. Climate records from a bivalved Methuselah
(Arctica islandica, Mollusca; Iceland). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 228: 130-148.


Fot. w nagłówku: bathyporeia (flickr.com)

poniedziałek, 11 listopada 2013

Topnienie lądolodu grenlandzkiego spowoduje... obniżenie poziomu morza

Tak, to prawda. Wbrem obiegowej opinii, stopnienie lądolodu grenlandzkiego nie spowoduje podniesienia poziomu morza na całym świecie. Można nawet uogólnić i stwierdzić, że nie wpłynie to na eustatyczne podniesienia poziomu morza. Są natomiast takie rejony świata, gdzie poziom morza wręcz obniży się. I to znacznie. Nawet do 100 m. Wiem, że w mediach szerzy się klimatyczny defetyzm i ogólnie wciska się ludziom, że zmniejszająca się czapa lodowa na Grenlandii spowoduje zalanie olbrzymich obszarów nadmorskich w Europie, w tym także i w Polsce. Dlaczego ja tak nie uważam?

Zacznę do tego, że Ziemia to nie drewniana, ani żelazna kula z rozlaną po powierzchni wodą, która wypełnia zagłębienia. Ziemia ma dość skomplikowany kształt. Na tyle skomplikowany i niepowtarzalny, że nazwano go geoidą. Geoida ma wybrzuszenia i zagłębienia, których powierzchnia nie pokrywa się z elipsoidalną linią referencyjną stosowaną do pomiarów wysokości. Trudno więc porównać ze sobą poziomy morza w różnych układach odniesienia. Linia "zero" jednego układu odniesienia może różnić się od takiej samej linii w drugim układzie nawet o 50 cm lub więcej w samej tylko Europie. Dla porównania - układ odniesienia Triest (Adriatyk) różni się od układu Kronsztad (Bałtyk) o +0.67 m w stosunku do powierzchni referencyjnej elipsoidy. Trudno więc orzec, czy zmiany poziomu morza np. w układzie Kronsztad dotyczą wyższego poziomu morza czy też odkształcenia geoidy.

Dopiero do kilkunastu lat znamy w miarę dokładny kształt geoidy, który można stosować jako globalny poziom odniesienia w pomiarach satelitarnych. Dlatego też dopiero od niedawna można mówić o globalnych zmianach. W dalszym jednak ciągu pomiary trwają i należy spodziewać się kolejnych, dokładniejszych odwzorowań powierzchni geoidy. Ostatni model grawitacyjny Ziemi EGM2008 pochodzi sprzed paru lat (np. Pavlis et al., 2012). Odkształcenia geoidy powodują, że część wody spływa do zagłębień w geoidzie, więc tam należy spodziewać się wzmożonego napływu wód, większego niż w miejscach wyniesionych. Np. wschodnie wybrzeża USA są obniżone w stosunku do Grenlandii o prawie 150 m (patrz poniższy rysunek). Nierównomierny rozkład materii w skorupie ziemskiej powoduje też nierównomierny rozkład potencjału grawitacyjnego. To jedna z przyczyn, dla której poziom morza nie będzie podnosił się równomiernie na całym świecie, jak w laboratoryjnej menzurce.
Kształt geoidy ziemskiej wg modelu EGM2008 z widocznymi odchyleniami w stosunku do referencyjnej elipsoidy (NGA).

Powyższy akapit zawiera także dalsze wytłumaczenie dotyczące lądolodu grenlandzkiego, który - jak się domyślacie - sporo waży. Z wyliczeń P.J. Petersena wynika, że lądolód grenlandzki waży 2.66946 x 1018 kg. To oczywiście dużo, więcej niż jesteśmy w stanie sobie wyobrazić. Taka masa lodu ma swój potencjał grawitacyjny, który przyciąga wodę oceanu i powoduje jej podniesienie w pobliżu Grenlandii. Gdy zdejmiemy z niej lądolód, Grenlandia stanie się lżejsza, a wtedy woda oceaniczna odpłynie od niej. Przyciąganie grawitacyjne Grenlandii z lądolodem powoduje wygięcie powierzchni oceanu w promieniu dochodzącym do 2000 km, zatem większość pn. Atlantyku ma powierzchnię grawitacyjnie podniesioną (rysunek poniżej).
Grawitacyjne ugięcie powierzchni oceanu w pobliżu obiektu o dużej masie (góra); zmiany poziomu morza w zależności od tego który lądolód stopnieje (wg Battersby'ego, 2013).
I tu pojawia się kolejna kwestia. Ciężki lądolód wgniata skorupę kontynentalną Grenlandii w plastyczny płaszcz ziemski. Gdy lód zniknie, lżejsza Grenlandia podniesie się. I teraz uwaga - stopnienie lądolodu to mniejsza grawitacja i podniesienie izostatyczne Grenlandii, które spowodują obniżenie poziomu morza u wybrzeży tej wyspy o około 100 m. Siedząc dostatecznie długo na brzegu Grenlandii zobaczymy, że morze cofa się i opada. Podobne zjawisko zachodzi na tarczy bałtyckiej, która ciągle jeszcze podnosi się po zrzuceniu lądolodu ostatniego zlodowacenia, powodując, że Bałtyk staje się coraz płytszy.

Zjawisko obniżenia poziomu morza dotknie w zasadzie całą Europę. Oczywiście im dalej od Grenlandii, tym obniżenie poziomu morza będzie słabsze, ale np. Islandia, Irlandia czy zachodnia Szkocja doczekają się obniżenia poziomu morza, zamiast ogłaszanego nieustannie podniesienia. W Polsce pewnie też poziom morza opadnie, ale nieznacznie (uwaga - nie biorę pod uwagę innych składowych zmian poziomu morza).

Oczywiście, zjawiska te nie zachodzą z dnia na dzień. Trudno więc dokładnie powiedzieć w jakim tempie będzie odbywało się izostatyczne podnoszenie tarczy grenlandzkiej i przyległych do niej obszarów. Z teoretycznych rozważań wynika, że Arktyka wolna od lodu spowoduje ostatecznie podniesienie poziomu głównie w południowym Atlantyku i pd. Pacyfiku - przy założeniu, że czapa lodowa Antarktydy pozostanie nietknięta. Pewien wpływ na poziom morza ma także woda z górskich lodowców, ale podobnie do Grenlandii, ona także spowoduje zdjęcie ciężaru z gór i ich izostatyczne podniesienie, a więc relatywne obniżenie poziomu morza.
Rekordowy zasięg lodu antarktycznego z września 2012 (NASA).
Z obserwacji ostatnich lat wynika, że faktycznie dość szybkiemu topnieniu Arktyki towarzyszy przyrost czapy lodowej na Antarktydzie, szczególnie w jej wschodniej części. W 2012 r. odnotowano rekordowy zasięg pokrywy lodowej Antarktydy, przy jednoczesnym, rekordowo małym lądolodzie grenlandzkim. Jak widać ubytkowi lodu w Arktyce towarzyszy przyrost lodu na antypodach. Czy te procesy równoważą się? Trudno powiedzieć. Jednocześnie notuje się wiarygodne dane o podnoszeniu się poziomu morza. Wydaje się jednak, że jest to w większości efekt przyrostu objętości wody wskutek podniesienia jej temperatury (termalnej ekspansji oceanu).
Jak wynika z powyższego obrazka wg Cazenave (tak, to Anny) i Nerema (2004), obecnie ekspansja termiczna ma największe znaczenie. Ci sami autorzy przedstawiają również zestawienie (patrz poniżej), z którego wynika, że udział lodu grenlandzkiego i antarktycznego w zmianach poziomu morza był na początku XXI w. trudny do oszacowania.

Świeżutkie dane z tego roku pokazują trendy zmiany masy lądolodu Antarktydy i Grenlandii, które również wskazują regiony gdzie dochodzi do przyrostu masy, szczególnie we wschodniej Antarktydzie (obrazek poniżej).
Trend zmiany masy lądolodu Antarktydy (a) i Grenlandii (b). Barwy od zielonej w stronę czerwieni i bieli wskazują przyrost masy lodu. Od zieleni w stronę granatu - ubytek masy (wg Barletta et al., 2013).
Myślę, że przyjdzie nam po prostu poczekać jeszcze trochę na analizę efektów globalnego wzrostu temperatury. Być też może, że nie dożyjemy jednoznacznego opracowania i problem pozostawimy wnukom.

Źródła:
Fot. w nagłówku: Christine Zenino (CC-BY)

Barletta, V.R. et al., 2013. Scatter of mass changes estimates at basin scale for Greenland and Antarctica. The Cryospherei, 7: 1411-1432. doi:10.5194/tc-7-1411-2013
Battersby, S., 2013. Where melting ice means retreating seas. New Scientist, 2915.
Cazenave, A. & Llovel, W., 2010. Contemporary Sea Level Rise. Annual Review of Marine Science, 2: 145-173. doi: 10.1146/annurev-marine-120308-081105
Cazenave, A. & Nerem, R.S., 2004. Present-day sea level change: observations and causes. Reviews of Geophysics, 42: 2003RG000139
Church, J.A. et al., 2010. Understanding Sea-Level Rise and Variability. Blackwell Publishing Ltd.
Mitrovica, J.X. et al., 2001. Recent mass balance of polar ice sheets inferred from patterns of global sea-level change. Nature, 409: 1026-1029.


wtorek, 17 września 2013

Co ma sperma i katar do liczby Reynoldsa?

Plemnik jest malutki, sperma gęsta, a droga do jaja daleka. Krótki żywot plemnika nie jest usłany różami. Byłby również zupełnie bezowocny, gdyby plemniki nie zdawały sobie sprawy z ograniczeń jakie nakreśla im liczba Reynoldsa. Wiedzą jednak w jakim świecie żyją, podobnie jak nasz organizm, który broni się katarem przed infekcją bakteryjną.

Zanim jednak przejdziemy do istoty samej liczby Reynoldsa, oderwijmy się na chwilę od plemników i spermy i pomyślmy o wodzie. Z pewnością pływając podczas wakacji zastawialiście się nad lepkością wody. Gdyby woda miała lepkość powietrza, trudno byłoby nam się utrzymać na jej powierzchni. Opadlibyśmy od razu na dno. Chyba, że bylibyśmy akurat na wczasach odchudzających i nasza masa spadłaby do kilku miligramów, wtedy lepkość powietrza mogłaby być wystarczająca do utrzymania nas na powierzchni.

Można też rozpatrzyć drugi przypadek, gdy lepkość wody w jeziorze ma lepkość smoły czy płynnego asfaltu. Wtedy nasza masa może być niewystarczająca do zanurzenia się. Musielibyśmy nieco przybrać na wadze, albo wyładować spodenki kąpielowe ołowiem. Zauważyliście, że nie zmieniamy w obu przypadkach swojej wielkości? Zatem chudnąc czy przybierając na wadze zmieniamy swoją gęstość.

W obu powyższych przypadkach pływanie jest bardzo trudne lub niemożliwe. Zdajemy sobie sprawę, że nasz ruch w wodzie uzależniony jest od lepkości wody oraz naszej masy (gęstości). No dobrze, macie rację, przecież pływanie odbywa się poprzez ruch ramion i nóg, więc dodajmy do naszych rozważań prędkość. Wszystkie te cechy dotyczące nas, czyli nasza masa (gęstość) + wymachiwanie kończynami, nazwijmy siłą inercji. Te siły inercji muszą przezwyciężyć lepkość wody czyli siły lepkości. Jesteśmy już na tropie liczby Reynoldsa.

Liczba Reynoldsa to właśnie stosunek siły inercji do siły lepkości. Jak to wikipedia ujmuje - stosunek sił czynnych do sił biernych, czyli lepkości płynu. Nazwa liczby pochodzi od nazwiska fizyka Osborne'a Reynoldsa, który w 1883 r. opisał moment przejścia przepływu laminarnego w turbulentny. Reynolds posłużył się przezroczystą rurą i barwioną cieczą, której parametry zmieniał, tak, aby uzyskać odpowiedni przepływ na końcu rury. Raz laminarny, raz zaburzony - turbulentny.

Liczba Reynoldsa (oznaczana Re) jest bezwymiarowa, nie ma metrów, kiligramów, a nic, żadnej miary. Z proporcji wyliczonych przez Reynoldsa, wynikało, że jeśli Re przekroczy 2000 wtedy przepływ zmienia się z laminarnego w turbulentny. Dziś wiemy, że Re dla progu reżimu przepływu turbulentnego wynosi dokładnie 2040 (Eckhardt, 2011).
Zmiana reżimu przepływu (brewbooks via Compfight cc)
Łatwo zgadnąć, że systemy z taką samą liczbą Reynoldsa cechują się tym samym reżimem przepływu. Możemy regulować siłą inercji lub siłą lepkości. Gdyby w rzekach, zamiast wody płynęła gliceryna lub syrop na kaszel, większość progów wodnych byłoby bardzo spokojnych. Żeby uzyskać ten dramatyczny efekt turbulencji wody, należałoby zwiększyć jej inercję, np. poprzez zwiększenie prędkości. Ale ponieważ jest, tak jak jest, wszystko co żyje w rzekach czy morzach przystosowało się do lepkości wody, a nie gliceryny i porusza się w wodzie całkiem sprawnie, wykorzystując jej turbulencję.

Dla porównania wieloryb ma niesamowitą inercję, w związku z czym liczba Reynoldsa wyliczona dla jego płynięcia będzie o wiele większa od tej dla tuńczyka. W rzeczy samej: Re dla wieloryba przy prędkości 10 m/s wynosi 300 000 000, a dla tuńczka płynącego z tą samą prędkością tylko 30 000 000.

Mogłoby się wydawać, że w powietrzu, gdzie jest mała lepkość, te liczby będą podobne. Tak, ale siła inercji latających obecnie zwierząt jest niewielka. Dla przykładu kaczka krzyżówka w locie to tylko Re=300 000, a ważka 30 000. Mucha domowa w locie ma zaledwie Re=120. Miłośników medycyny informuję, że krew w aorcie ma Re=3 400.

Imponująco wygląda Re dla obiektów wymyślonych przez człowieka. Oczywiście, największy Boeing 747 ma niebywałe Re= 2 000 000 000, ale papierowy samolocik już tylko 47 000 (patrz tabelka Flow Regimes).

Jeszcze ciekawiej zapowiada się świat malutkich Re. Dochodzimy tu sedna tematu. Małe organizmy, o niewielkiej inercji będą miały niesamowicie niską liczbę Reynoldsa. Np. mała bruzdnica (wielkości dziesiątych części milimetra) ma Re=0.025, a bakterie poruszające się z prędkością 0.01 mm/s mają Re=0.00001.

Wyobrażacie sobie, że wieloryb porusza się bez problemów. W jego przypadku siły inercji są tak duże, że jeden ruch ogona powoduje, że płynie i płynie i płynie. Bakteria z kolei musi się okropnie umordować, żeby się poruszyć. Jej życie zdominowane są przez siły lepkości. Wiem, już wiecie - tak, katar to taka obrona organizmu przed bakteriami. Katar jest gęsty i lepki, zatem liczba Reynoldsa dla bakterii w katarze jest jeszcze mniejsza niż podana powyżej. Bakteria w zasadzie nie może ruszyć się w gęstym śluzie z nosa. Podobno, gdyby pchnąć palcem bakterię, to zdołałaby przebyć zaledwie 1/10 średnicy atomu wodoru i stanęłaby. W katarze pewnie jeszcze mniej. Dlatego katar jest potrzebny.

Podobnie do bakterii w katarze żyje się plemnikowi w spermie (myślę, powiedzmy, o plemnikach kręgowców). Liczba Reynoldsa dla takiego plemnika jest tylko nieco większa od Re dla bakterii w katarze, ale i tak jest to ułamek jedności. Jednak zadanie plemnika w spermie jest inne. Plemnik musi się poruszać. Jak więc sobie radzi? Okazuje się, że sposób na poruszanie się w świecie niskich liczb Reynoldsa jest prosty, ale odmienny od prezentowanego przez dorosłe kręgowce czy owady. Plemniki i bakerie mają wić (flagellę), która kręci się wkoło, powodując, że poruszają się one ruchem korkociągu. To pozwala zniwelować niską liczbę Reynoldsa.
Różnica pomiędzy ruchem wici (flagellum) a rzęski (cilia) (CC wikipedia)
Gdyby zamiast wici miały np. rzęski jako rodzaj odnóży, nie posunęłyby się ani na krok. Przypomniała mi się przy okazji taka historia z melasą w Bostonie. Tam ludzie uwięzieni w cieczy w wysokiej gęstości ginęli, bo nie mieli pojęcia o życiu w świecie niskiej liczby Reynoldsa.

Żeby się o tym przekonać, obejrzyjcie dwa doświadczenia, w których włożono roboty do gęstego syropu.
Przypadek pierwszy - ruch klasyczny ogona, Re niska, brak ruchu (turbulencji).

Przypadek drugi - ruch obrotowy typu korkociąg, Re niska, ruch postępowy pomimo braku turbulencji.

Źródła:
Bruno Eckhardt (2011). A Critical Point for Turbulence Science, 333 DOI: 10.1126/science.1208261
zdjęcie w nagłówku: Alamy by The Telegraph

sobota, 3 sierpnia 2013

Skąd się wzięło złoto na Ziemi?

Przez wiele lat obowiązywała teoria, że ciężkie pierwiastki takie jak złoto, platyna, ołów czy uran powstały w eksplozji gwiazdy typu supernowa. Ostatnio jednak pojawił się pogląd, że miejsce narodzin tych cennych pierwiastków jest bardziej ekstremalne. Złoto mogło powstać w efekcie kolizji dwóch ultragęstych obiektów typu gwiazdy neutronowe.

Od strony lirycznej temat gwiezdnego pyłu, z którego powstaliśmy, jest już bardzo mocno wyeksploatowany przez artystów czy poetów. Że nie wspomnę o "z prochu powstałeś....". Tak, to prawda, wszystkie pierwiastki, występujące na Ziemi powstały znacznie wcześniej, w różnych etapach ewolucji Wszechświata. Węgiel i tlen, z których jesteśmy w większości zbudowani, pochodzi z wnętrz gwiazd, gdzie panowały duże temperatury i wysokie ciśnienia jako efekt spalania gwiezdnego wodoru. Pierwiastki te zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną podczas eksplozji kończącej życie gwiazdy - eksplozji supernowej.

Astrofizycy mieli jednak wątpliwości, czy eksplozje supernowych są w stanie wytworzyć warunki potrzebne do powstania ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, które ma 79 protonów, 79 elektronów i 118 neutronów. Czyli całkiem sporo jak na jeden atom. Większość pierwiastków jest znacznie lżejsza i prawdę mówiąc, złoto i platyna to takie kosmiczne ekstrawagancje.

Wyjaśnienia powstania ciężkich pierwiastków mogą dostarczyć gwiazdy neutronowe, które same są wytworem eksplozji supernowej lub kolapsu gwiazd typu biały krzeł. Gwiazdy neutronowe nie są duże, natomiast są niezwykle gęste. Podobno łyżeczka materii gwiazdy neutronowej waży 6 miliardów ton. Tak niezwykła gęstość powoduje, że atomy pierwiastków nie są w stanie utrzymać swojej struktury i wskutek grawitacji gwiazdy neutronowej następuje ich kolaps. Materia we wnetrzu gwiazdy neutronowej wygląda jak ośrodek składający się głównie z neutronów (stąd nazwa).
Porównanie wielkości gwiazdy neutronowej i Manhattanu (źr. NASA)
Gwiazdy neutronowe mogą występować parami jako pozostałość po układach gwiazd podwójnych. W takim układzie krążą one wokół wspólnego punktu, zbliżając się do siebie z biegiem czasu. Kończy się to wszystko wielką kolizją. Jak wyliczono, tego typu kolizje w układzie gwiazd neutronowych podwójnych zdarzają się raz na 100 tysięcy lat w galaktykach podobnych do naszej Drogi Mlecznej.

Trzeba zatem mieć szczęście, żeby zaobserwować na niebie taką właśnie eksplozję. Takie szczęście przydarzyło się 3 czerwca 2013, gdy teleskopy NASA zauważyły w gwiazdozbiorze Lwa krótki rozbłysk promieni gamma (ang. gamma-ray burst). W to miejsce zwrócono czym prędzej teleskopy w Chile i teleskop Hubble'a. Udało się wtedy zobaczyć poświatę po rozbłysku gamma. Porównano ją z modelami i okazało się, że zaobserwowano chmurę składającą się z dużej liczby ciężkich pierwiastków, utworzonych właśnie podczas wcześniejszej kolizji (Berger et al. 2013).

Rozbłyski gamma są bardzo krótkie. Omawiany, odległy od nas o prawie 4 mld lat świetlnych, trwał zaledwie 0.2 sekundy. W takim rozbłysku światło bardzo szybko potrafi przyćmić całą galaktykę. Po raz pierwszy udało się bezpośrednio wykazać, że za takie rozbłyski odpowiadają kolizje gwiazd neutronowych. Scenariusz takiej kolizji wygląda w ten sposób, że większość materii gwiazd neutronowych zapada się tworząc czarną dziurę, a tylko części udaje się wydostać w przestrzeń kosmiczną. To właśnie powoduje rozbłysk gamma.

Materia, która wydostała się spod grawitacji czarnej dziury powstałej podczas kolizji gwiazd neutronowych jest bardzo bogata w neutrony i stąd stosunkowo łatwo dochodzi w niej do tworzenia się pierwiastków ciężkich, tak jak np. złoto. Podczas kolizji dwóch gwiazd neutronowych może utworzyć się tyle złota ile 10 mas Księżyca (wg niektórych jeszcze więcej). Wg cen rynkowych wartość tego złota wynosi ok. 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 $.

Co ciekawe, platyny powstało podobno siedem razy więcej niż złota. W ogóle, podczas takich kolizji powstają prawie wszystkie pierwiastki z tablicy Mendelejewa.

Obecnie większość złota na Ziemi skoncetrowana jest wskutek grawitacji w pobliżu jądra Ziemi. To co udaje nam się znaleźć na powierzchni pochodzi z okresu tzw. wielkiego bombardowania Ziemi meteorytami, który rozpoczął się jakieś 200 mln lat po uformowaniu się planety (Willbold et al., 2011).

Źródła:
E. Berger, W. Fong, & R. Chornock (2013). Smoking Gun or Smoldering Embers? A Possible r-process Kilonova Associated with the Short-Hard GRB 130603B arXiv DOI: arXiv:1306.3960  

Matthias Willbold, Tim Elliott, & Stephen Moorbath (2011). The tungsten isotopic composition of the Earth’s mantle before the terminal bombardment Nature, 477, 195-198 DOI: 10.1038/nature10399

Fot. w nagłówku: NASA 

czwartek, 1 sierpnia 2013

Sikać czy nie sikać do morza?

Tytułowy dylemat wydawać się może bardzo przyziemny, ale wpisuje się w letnią kanikułę i, od razu dodam, pomoże zrzucić niektórym plażowiczom kamień z serca. Otóż, można sikać. Szczególnie do oceanu. Chyba, że ma się zapalenie pęcherza moczowego, wtedy nie. Symptomatyczne jest to, że sprawą zajęła się niejaka Lauren Wolf, redaktorka Chemical & Engineering News, która z właściwą Amerykankom śmiałością, przyznaje, że sika do oceanu od dziecka. Tegoroczny pobyt nad morzem w części poświęciła problemowi urynacji turystycznej. Oto co Lauren wykoncypowała.

Mocz jest płynem dzięki któremu organizm pozbywa się niepożądanych składników chemicznych. Nie oznacza to jednak, że uryna jest trująca dla kogokolwiek. Przeciętna ludzka uryna składa się w 95% z wody i zawiera jedynie 1-2 g/l jonów sodu i chloru. Słowem, taka słona woda. Z grubsza odpowiada to składowi wody morskiej, która składa się z około 96.5% wody, jest jednak znacznie bardziej nasycona jonami sodu (11 g/l) oraz chloru (19 g/l). Kolejnym jonem występującym w moczu i wodzie morskiej jest potas, którego stężenie w urynie sięga 0.75 g/l a w wodzie morskiej 0.4 g/l. Różnica, jak widać, nie jest zbyt duża. Z tego też względu picie moczu i wody morskiej w obu przypadkach prowadzi do odwodnienia - nie polecam.
To co różni mocz od wody morskiej, to obecność kreatyniny i mocznika. Oba składniki są efektem metabolizmu komórek człowieka a chemicznie stanowią związki azotu. Stężenie kreatyniny w moczu średnio wynosi 0.7 g/l. Mocznik jest bardziej stężony, dochodzi do 9 g/l.

Z powyższego zestawienia widać, że jedynie związki azotu stanowią pewien problem, gdyż podaż azotu w moczniku może powodować wzrost produkcji bakteryjnej czy glonowej w wodzie zasilanej uryną (powstaje jon amonowy). Oczywiście, roztwory azotu obecne są również w wodzie morskiej, chodzi jedynie o ich różne stężenie w obu płynach.
Tak daleko trzeba iść... (Photo Credit: Sistak via Compfight cc)
Tu należy zestawić objętość oceanu i porcji moczu przeciętnego człowieka - uważa Lauren Wolf. Być może zauważyliście, że przeciętnie, w jednorazowym akcie wydalamy od 0.2 do 0.5 litra moczu. Zatem, w takiej porcji jest ok. 3 gram mocznika. I teraz: gdyby 7 miliardów ludzi na Ziemi jednocześnie nasikało do Oceanu Atlantyckiego otrzymalibyśmy stężenie mocznika w wodzie atlantyckiej rzędu 6 x 10-11 g/l (objętość Atlantyku to 3.5 x 1020 litra). Czytelnicy o zacięciu chemicznym zauważą, że takie stężenie mocznika mierzy się w kategoriach pikomoli. Czyli - bardzo malutkie stężenie wyszłoby, niezauważalne niemal.

Sceptycy zakrzykną - sorry, ale trzeba byłoby od razu wymieszać całą wodę Atlantyku z uryną, a przecież w rzeczywistości trwa to bardzo długo. Zwolennicy sikania zauważą jednak, że to tylko jeden ocean, a gdzie reszta? Poza tym, trudno byłoby zgromadzić wszystkich ludzi na Ziemi aby na komendę nasikali. Możliwość czysto teoretyczna. Nawet nie wiem, czy 7 miliardów ludzi zmieściłoby się nad brzegiem Atlantyku.
Wieloryby sikają do morza, nie mają wyboru (Photo Credit: 路上写真家 via Compfight cc)
Idźmy zatem dalej. Nie tylko ludzie sikają do morza. Sikają tam również zwierzęta, szczególnie morskie, które siłą rzeczy nie sikają nigdzie indziej. Wyjątkiem są rekiny i płaszczki, które nie sikają w ogóle. Nie bawiąc się w drobiazgi, przyjrzyjmy się wielorybom. Dorosły osobnik wydala dziennie około 1000 litrów moczu, inaczej mówiąc, 23 razy więcej jonów sodu i chloru niż człowiek. Mocz wieloryba zawiera także mocznik, który stanowi jedno z ogniw obiegu azotu w oceanach. Bez tego naturalnego nawozu, pierwotna produkcja organiczna w oceanach byłaby bardzo niska.

Kolejna rzecz dotycząca uryny, to jej sterylność. Zależność jest prosta - zdrowy człowiek ma sterylny mocz. Jedynie przy zapaleniu pęcherza moczowego, wraz z moczem wydalamy bakterie. W pozostałych wypadkach, do morza nie dostaną się żadne nowe bakterie. Jedynie wspomniane wyżej związki chemiczne, które stanowią pożywkę dla bakterii obecnych już wcześniej w wodzie.

Konkluzja Lauren Wolf jest zatem taka - Drodzy Plażowicze, sikajcie do morza, chyba, że macie zapalenie pęcherza moczowego. Starajcie się też jak najszybciej wymieszać urynę z wodą morską, aby stężenie mocznika nie powodowało szybkiego wzrostu bakterii. To stężenie jest właśnie powodem dla którego stanowczo odradzam sikania do małych zbiorników wodnych typu staw, bajorko w Kryspinowie czy doniczka.

Źródła:
fot w nagłówku: Photo Credit: omefrans via Compfight cc

środa, 26 czerwca 2013

Czy koniki polne uratują świat?

Tak. Parę lat temu stwierdzono, że odżywianie się szarańczą zamiast schabowym czy gulaszem, skutecznie zmniejszy pogłowie bydła i trzody chlewnej. I, być może, świnie i krowy wylądowałyby tylko w zooach (jak mówi moja córka). Spowodowałoby to ograniczenie emisji metanu - gazu cieplarnianego, czyli spowolnienie efektu cieplarnianego. Teraz okazuje się, że koniki polne mają znacznie szerszy potencjał zbawczy. Mogą zwiększyć pochłanianie dwutlenku węgla z atmosfery w procesie fotosyntezy. Wystarczy je nieustannie denerwować.

Pomysł jest genialny w swej prostocie. Koniki polne i wszelka szarańcza, odżywiają się głównie trawami czy też pędami i listkami roślin. Gdy konik jest spokojny i zadowolony z siebie, nie grozi mu żadne niebezpieczeństwo, to konik spokojnie zjada trawę i całe to odżywcze zielsko. Stado zrelaksowanych koników czy szarańczy jest w stanie wygryźć wszystko, do cna. Nie zostanie nic. Co innego konik polny zdenerwowany.

Taki konik nie może spokojnie skupić się na konsumpcji. Nerwowo rozgląda się wypatrując niebezpieczeństwa. Jeśli coś skubnie, to tak nerwowo, nie do końca. Trawa przeżyje inwazję zdenerwowanej szarańczy. Jeśli przeżyje, będzie mogła kontynuować wzrost i w procesie fotosyntezy pochłaniać CO2 z atmosfery. Trawa wygryziona do gołej ziemi, nie. Ot, cała zagadka.

Co może zdenerwować konika polnego? Na przykład obecność drapieżnika, który mógłby je w trakcie konsumpcji zaatakować. Sprawa jest poważna, gdyż w obecności drapieżnika denerwującego koniki polne, trawa jest w stanie pobrać prawie półtora raza więcej węgla z atmosfery, oczywiście w postaci CO2. Wyliczono to eksperymentalnie porównując rozmiar spustoszeń spowodowanych przez zrelaksowane koniki polne z tymi wyrządzonymi przez koniki zaniepokojone obecnością drapieżnych pająków (Strickland et al., 2013).
Plaga szarańczy w Australii wyjada trawę na boisku piłkarskim (fot. Mattinbgn CC-BY-SA)
Oczywiście, malkontenci mogą stwierdzić, że to nie koniki polne ratują świat przed globalnym ociepleniem, tylko drapieżne pająki. Ale zaprawdę, to nie drapieżniki jedzą trawę!

Idąc tym tropem dochodzimy do wniosku, że wszystkie roślinożerne zwierzęta należałoby denerwować. Zdenerwowana zebra nie będzie tak bardzo skubać sawanny, wystarczy, że w pobliżu będzie się czaił jakiś lew. Przykłady można łatwo mnożyć. Łatwo się też zapędzić. No bo przecież najłatwiej denerwować ludzi.

Źródła:
Strickland, M., Hawlena, D., Reese, A., Bradford, M., & Schmitz, O. (2013). Trophic cascade alters ecosystem carbon exchange Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1305191110

Fot. w nagłówku ToniVC via Compfight cc

czwartek, 20 czerwca 2013

Ameryka i Europa znów razem? Tak, za 220 mln lat

Atlantyk ciągle rozszerza się dzięki ryftowi w Grzbiecie Środatlantyckim, a jego brzegi podawane są jako przykład pasywnych krawędzi oceanu. Obie Ameryki odsuwają się od Europy i Afryki ze średnią prędkością 2-3 cm rocznie. Jednocześnie Ameryki najeżdżają na płytę oceaniczną Pacyfiku, która wsuwa się pod nie, na ich zachodnich wybrzeżach. Ta gigantyczna strefa subdukcji odpowiedzialna jest za wypiętrzenie Kordylier amerykańskich (łącznie z Andami). Teoretycznie więc, Atlantyk mógłby rozrastać się aż do momentu skonsumowania Pacyfiku w strefach subdukcji. Wtedy do Ameryki mielibyśmy prawie tak daleko jak do Japonii. Z ostatnich obserwacji wynika jednak, że u wybrzeży Portugalii tworzy się nowa strefa subdkcji, która zacznie konsumować Atlantyk. Europa znów połączy się z Ameryką.

Proces spontanicznego tworzenia się stref subdukcji, czyli miejsc, gdzie jedna płyta litosferyczna wsuwa się pod inną, nie jest do końca poznany. Szczególnie trudno było znaleźć współczesne miejsca, gdzie pasywne krawędzie płyt zamieniałyby się w aktywne. Jednym z miejsc podejrzewanych o zachodzenie takiego procesu były wschodnie wybrzeża Atlantyku w rejonie Cieśniny Gibraltarskiej. Obszar ten jest szczególny, gdyż leży na granicy płyty afrykańskiej i euroazjatyckiej, które zbliżają się do siebie. Efektem zbliżenia jest łańcuch alpejski, ciągnący się od Maroka po Himalaje. Polski odcinek Alpidów to oczywiście Karpaty.
Płyty tektoniczne Ziemi. Zwróć uwagę na pasywne krawędzie Atlantyku oraz nasunięcia w rejonie Gibraltaru (fig. NASA)
W przeszłości pomiędzy płytą afrykańską a euroazjatycką rozciągał się tzw. ocean Tetydy, a pozostałością po Tetydzie są dzisiejsze morza, Śródziemne i Czarne oraz wypiętrzone osady morskie Tetydy w postaci wspomnianego już łańcucha Alpidów. Tetyda była też oceanem, po którym przemieszczała się płyta Dekanu, zanim zderzyła się z Azją wypiętrzając Himalaje. Oprócz Dekanu, na obszarze Tetydy znajdowało się mnóstwo innych, pomniejszych płyt kontynentalnych, które wpychały się na płyty afrykańską i euroazjatycką, wraz z zamykaniem się Tetydy.
Zachodnia część Morza Śródziemnego. Poziome kreski szrafury oznaczają skorupę oceaniczną, pozostałość oceanu Tetydy. Widoczny jest też bardzo wyraźnie wkraczający w Atlantyk nasunięcie łuku Gibraltaru (wg Oggiano et al., 2009)
Z analiz współczesnych ruchów tektonicznych wynika, że Tetyda wciąż jest jeszcze żywa i wciąż się zamyka. Alpidy nadal wypiętrzają się a płyty afrykańska i euroazjatycka zbliżają się do siebie. Oceaniczna skorupa Tetydy wsuwa się pod obie płyty kontynentalne, Afryki i Eurazji, nasuwając na przedpole wspomniane mikropłyty. Rezultatem tych ruchów są częste trzęsienia Ziemi, np. w Turcji oraz liczne wulkany na Morzu Śródziemnym. Szczególnym miejscem jest zachodnia część Morza Śródziemnego - Morze Alborańskie, gdzie występuje struktura tektoniczna opasująca Góry Betyckie w Hiszpanii, Gibraltar oraz Góry Atlas w Maroku. Wszystkie te górotwory tworzące wygięty ku zachodowi łuk, to efekt nasuwania się bloku alborańskiego Tetydy na Iberię i pn. Afrykę. Mamy zatem miejsce, gdzie jeden z mikrokontynentów Tetydy graniczy z pasywną krawędzią Atlantyku! Jest to tzw. łuk Gibraltaru.
Scenariusze rozwoju strefy subdukcji w Atlantyku wg Duarte et al. (2013)
Aktywność tektoniczna łuku Gibraltaru dała znać o sobie w słynnym trzęsieniu Ziemi, o magnitudzie powyżej 8.5 w skali Richtera, które zrujnowało Lizbonę w 1755 r. Kolejne miało miejsce w 1969 r. Jak się okazuje, związane jest to z migracją łuku Gibraltaru na zachód (Duarte et al., 2013). Ta migracja powoduje nasuwanie się płyty alborańskiej na oceaniczną płytę atlantycką. Innymi słowy, dno Atlantyku schodzi pod łuk Gibraltaru i mamy gotową subdukcję dotąd pasywnej krawędzi Atlantyku. Scenariusze na przyszłość są dwa: w jednym łuk Gibraltaru ekspanduje w stronę Atlantyku, a w drugim, zamiera, lecz na Atlantyku otwiera się nowa strefa subkdukcji. Jest jeszcze trzecie wyjście, kombinacja obu scenariuszy. Tak czy owak, wyliczono, że Iberia może dobić do Ameryki w ciągu najbliżych 220 mln lat, przy założeniu ciągłej subdukcji Atlantyku pod łuk Gibraltaru.
Mapa geologiczna regionu alborańskiego - łuku Gibraltaru (wg Calvert et al., 2000)
Na zakończenie dodam jeszcze, że cykl powstania-otwierania-ekspansji-zamykania i wypiętrzania oceanu nazywa się cyklem Wilsona i właśnie jesteśmy świadkiem przechodzenia Atlantyku z fazy ekspansji do fazy powolnego zamykania. No chyba, że będzie inaczej, ale pogadamy o tym za 220 mln lat.

Źródła: 
Fotografia w nagłówku: Gibraltar  Photo Credit: flavijus via Compfight cc

Calvert, A., Sandvol, E., Seber, D., Barazangi, M., Roecker, S., Mourabit, T., Vidal, F., Alguacil, G., & Jabour, N. (2000). Geodynamic evolution of the lithosphere and upper mantle beneath the Alboran region of the western Mediterranean: Constraints from travel time tomography Journal of Geophysical Research, 105 (B5) DOI: 10.1029/2000JB900024

Duarte, J., Rosas, F., Terrinha, P., Schellart, W., Boutelier, D., Gutscher, M., & Ribeiro, A. (2013). Are subduction zones invading the Atlantic? Evidence from the southwest Iberia margin Geology DOI: 10.1130/G34100.1

poniedziałek, 17 czerwca 2013

Dlaczego woda w Chorwacji jest tak czysta?

Wody chorwackiego wybrzeża słyną ze swej przejrzystości. Każdy kto przybył tam pierwszy raz nie może nadziwić się, że woda w morzu może być tak czysta. A kto choć raz spróbował tam nurkowania, ten nie zapomni podwodnych wrażeń do końca życia. Chorwacja jest pod tym względem wyjątkiem, nie tylko w skali Adriatyku, ale także w skali Europy czy nawet świata. Dlaczego jednak włoskie wybrzeże po drugiej stronie Adriatyku już nie ma tak przezroczystej wody? Wszystko dzięki bardzo niskiej produkcji organicznej w toni wodnej, odpowiedniej szerokości geograficznej oraz typowi wybrzeża. 

Woda w Morzu Śródziemnym jest słona, o wiele bardziej słona niż w Bałtyku. Mało tego, Morze Śródziemne należy do najbardziej zasolonych mórz świata (nie wliczam tu oczywiście słonych jezior nazywanych morzami, np. Morze Martwe). Średnie zasolenie mórz na świecie wynosi ok. 3.5%, tymczasem w Morzu Śródziemnym sięga 4.0%. I to właśnie południowa część Adriatyku jest jedną z najbardziej zasolonych części Morza Śródziemnego. Nieco bardziej zasolone jest tylko miejscami Morze Czerwone (do 4.1%). Dla porównania - woda powierzchniowa w Bałtyku ma ok. 1% soli, a w Zatoce Botnickiej zaledwie 0.5%. Oczywiście, w takiej bardzo słonej wodzie Morza Śródziemnego żyją różne organizmy tolerujące wysokie zasolenie (euhaloby) i samo zasolenie nie jest wyłącznym powodem czystości wód chorwackiego wybrzeża. Powodem jest wysoka temperatura słonych wód powierzchniowych i związana z nią cyrkulacja tychże wód.
Zasolenie oceanów - Morze Śródziemne jest jednym z najbardziej zasolonych mórz świata (bordowe kolory na skali po prawej) (fig. NASA)
Woda w Morzu Śródziemnym nagrzewa się bardzo mocno. We wschodniej, lewantyńskiej części Morza, temperatura wody na powierzchni przekracza 30oC. Tak wysoka temperatura powoduje, że woda odparowywuje a zasolenie wzrasta. Teoretycznie, słona, cięższa woda powinna opadać na dno, wywołując pionowe mieszanie się wód (cyrkulacja termohalinowa), ale ciężar słonej powierzchniowej wody w Morzu Śródziemnym kompensowany jest przez jej wysoką temperaturę. Ta słona, gorąca woda utrzymuje się na powierzchni, rozprzestrzeniając się po całym basenie. Przypowierzchniowa, bardzo słona woda dość szybko staje się jałowa, pozbawiona składników pokarmownych. Po pierwsze, dlatego, że brak jest dostawy tych składników z wód dennych (brak mieszania się wód), a po drugie, do Basenu Lewantyńskiego wpływa w zasadzie jedna duża rzeka - Nil. Ale Nil nie niesie ze sobą zbyt wielu składników pokarmowych, szczególnie od czasu wybudowania tamy w Asuanie. Zasadniczo, Nil nie użyźnia w żaden sposób wód Morza Śródziemnego. Wschodnie części Morza Śródziemnego wyróżniają się prawie zupełnym brakiem pierwotnej produkcji organicznej.
Produkcja organiczna w Basenie Lewantyńskim jest prawie na poziomie pustyni (fig. NASA)
Te słone, skąpożywne (oligotroficzne) wody Basenu Lewantyńskiego wpływają do Adriatyku. Układ prądów sprawia, że płyną one na północ wzdłuż wybrzeża chorwackiego, z czasem ochładzając się i grzęznąc dopiero w okolicach Wenecji. Tutaj, schłodzone wody denne spływają ku południowi, wzdłuż wybrzeża adriatyckiego Włoch, razem z wodami odprowadzanymi przez Pad - jedyną większą rzekę Adriatyku. To właśnie wzdłuż włoskiego wybrzeża dochodzi do mieszania wód i wzbogacania wody morskiej w składniki pokarmowe, co owocuje wyższą produkcją organiczną. Jednym z dodatkowych czynników prowadzących do mieszania wód (pogrążania słonej wody lewantyńskiej) są zimne wiatry wiejące zimą od strony lądy. W Chorwacji wiatr ten nazywa się bora. Bora chłodzi wody powierzchniowe, które jednak wypływają z Adriatyku wzdłuż włoskiego wybrzeża.
Układ prądów w Adriatyku. Czerwone strzałki to ciepłe, słone wody powierzchniowe; niebieskie, zimniejsze wody denne. Jak widać, słone wody powierzchniowe, pozbawione składników odżywczych płyną na północ wzdłuż wybrzeża chorwackiego. Schłodzone, wracają wzdłuz włoskiego wybrzeża (fig. Tomobe03 CC-SA)
Oczywiście wody oligotroficzne są bardziej przejrzyste od wód z wyższą produkcją organiczną, np. mezotroficznych. W przypadku Basenu Lewantyńskiego, produkcja organiczna jest tak mała, że mówi się nawet o superoligotrofii. Stąd taka czysta, przejrzysta woda. To mniej więcej tak jak porównanie widoczności na pustyni podczas słonecznej pogody, do widoczności w dżungli.
Porównanie produktywności w Adriatyku na włoskim i chorwackim wybrzeżu (im ciemniejszy granat, tym mniej chlorofilu w wodzie) (fot. NASA, domena publiczna)
Pozostaje jeszcze kwestia rodzaju wybrzeża. Chorwacja ma skaliste wybrzeże, pozbawione bogatej szaty roślinnej i przy okazji pozbawione gleb. Z takiej nagiej skały niewiele może zostać spłukane czy też wywiane do wody. Odwrotnie jest po włoskiej stronie, gdzie z lądu wypłukiwane i wywiewane są składniki gleby, które użyźniają wody powierzchniowe, umożliwiając fitoplanktonowi rozwój, a wraz z nim kolejnym oragnizmom w łańcuchu pokarmowym.
Roczny poziom produkcji organicznej w Morzu Śródziemnym. We wschodniej części (Basenie Lewantyńskim) produkcja pierwotna jest niewiele większa od zera, pomimo delty Nilu w pobliżu (fig. Antoine et al., 1995).
No i na koniec, pozostaje do omówienia działalność człowieka, główne źródło zanieczyszczeń. Wybrzeże dalmatyńskie ma pod tym względem szczęście. Obecnie prawie cały przemysł Chorwacji znajduje się na północy kraju, w Slawonii czy okolicach Zagrzebia. A to już dorzecze Dunaju, który spływa do Morza Czarnego.

Źródła:
MERF (Marine Fertilization)
Antoine, D., Morel, A. and André, J.M., Algal pigment distribution and primary production in the Eastern Mediterranean as derived from Coastal Zone Color Scanner observations. Journal of Geophysical Research., 100: 16193-16209,1995.
Nagłówek:  Photo Credit: Let Ideas Compete via Compfight cc

sobota, 1 czerwca 2013

Mamy płynną krew mamuta - czy aby naprawdę?

Mamy fiolkę z krwią mamuta! Taka sensacyjna wiadomość obiegła niedawno serwisy światowe. Krew zdobyli rosyjscy polarnicy, którzy na początku maja 2013 r. wydobyli z wiecznej zmarzliny w Jakucji samicę mamuta. Samica zginęła w wieku około 50-60 lat mniej więcej 10 do 15 tysięcy lat temu. To niesamowite, że krew w stanie płynnym przetrwała tyle lat. Rosjanie twierdzą, że widocznie mamuty wytwarzały dotąd nieznane składniki krwi zapobiegające jej zamarznięciu. Oczywiście, płynna próbka krwi zbliża rosyjskich uczonych do szans sklonowania mamuta, o czym media też zdążyły napomknąć. Ale czy naprawdę?

Doniesienia o syberyjskich mamutach stosunkowo często pojawiają się mediach. W końcu to na Syberii właśnie mamuty żyły najdłużej. Ostatnie osobniki tych włochatych słoniowatych żyły na Wyspie Wrangla, u syberyjskich brzegów Oceanu Arktycznego jeszcze około 4 tys. lat temu. Spotkałem się też z informacjami, że więźniowie gułagów żywili się mięsem mamutów wydobywanych z wiecznej zmarzliny. A Jacek Hugo-Bader, jeśli dobrze pamiętam, w Dziennikach kołymskich opisał swoje wrażenia z konsumpcji mięsa nosorożca włochatego, przyrządzonego przez jedną z gospodyń na Kołymie. Wynikało z opisu, że dla miejscowych to normalka. Jak nie ma co jeść, to idą do ogródka, nakopać mamutów. Nie pamiętam jednak, by Hugo-Bader wspominał czy befsztyk był krwisty.
Ciało samicy mamuta znalezione w maju 2013 roku w Jakucji.
Opublikowane przez Rosjan zdjęcia rzeczywiście przypominają ochłapy mięsa wyciągnięte z zamrażarki. Sensacyjne jest jednak to, że po przekrojeniu wypłynęła z nich krew, pomimo ujemnej temperatury. Było wtedy -10oC. Rosjanie stwierdzili, że taki stan zachowania krwi umożliwi im odnalezienie w niej żywych komórek mamuta. To by było naprawdę coś! Ale czy to możliwe - krew w stanie płynnym sprzed 10 tys. lat z żywymi komórkami?
Przekroje tkanki mamuta wyglądają jak mięso z zmarażarki. To z nich wypłynął czerwony płyn, obwieszczony jak krew.
Redaktorzy American Scientific też zwątpili. Zapytali specjalistów niezaangażowanych bezpośrednio w znalezisko, co sądzą o krwi mamuta syberyjskiego. Daniel Fischer z University of Chicago pisze tak (w wolnym tłumaczeniu):
Sensacyjna informacja może być efektem niezręcznego tłumaczenia oraz braku zgrania pomiędzy reporterami i naukowcami. Np. to nie jest pierwsza samica mamuta znaleziona z miękkimi tkankami. Poza tym, mówiąc o "żywych komórkach" naukowcy mieli zapewne na myśli  komórki z zachowanym DNA, które można byłoby wykorzystać do klonowania. Ponadto, nie sądzę, aby jakakolwiek krew mamuta nadawała się do klonowania. Znalezione w niej DNA jest zbyt zniszczone (pofragmentowane). Prawdopodobnie Rosjanie chcą pokazać DNA, które byłoby bliskie kryterium klonowalności. [..] W tej chwili trudno powiedzieć, co znaleziono. Czy to jest krew, czy jakaś inna substancja. Z pewnością jest to interesujące, ale na rezultaty musimy poczekać.
Inni naukowcy indagowani przez redakcję American Scientific podchodzili z podobną rezerwą do mamuciej krwi. To, że wypłynęło coś czerwonego z mamuta, nie oznacza, że to krew. Podobnie z odpornością na zamrożenie. Normalnie krew zamarza w temperaturze około -0.6oC. Znaleziony płyn nie zamarzł w -17oC. Ale jest też sporo współczensych organizmów, które potrafią chronić się przed niskimi temperaturami. Wiele bezkręgowców i niektóre kręgowce poprzez ekspresję peptydów i glikoprotein osiągają znaczne obniżenie punktu zamarzania płynów ustrojowych. Gdyby mamuty dokonywały tego w podobny sposób, byłby to faktycznie jedyny wśród ssaków przykład. Eksperci American Scientific wątpią jednak, aby krew o temperaturze -17oC była w stanie krążyć w żyłach mamuta. Czy można w takim przypadku mówić w ogóle o stałocieplności?

News z CNN - uwaga, krew:)


Tomasz Rożek też wątpi


Źródła:
Wong, K. 2013. Can mammoth carcass really preserve flowing blood and possibly live cells? Nature doi:10.1038/nature.2013.13103

Zdjęcia pochodzą z serwisu Siberian Times fot. Semyon Grigoriev