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.

Czytaj więcej

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

Czytaj więcej

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 

Czytaj więcej

Dlaczego baloniki wypełnione helem są takie drogie?

Hel jest, drugim po wodorze, najliczniej występującym we Wszechświecie pierwiastkiem. Niestety, zasoby ziemskie w żaden sposób nie odzwierciedlają tej proporcji. Helu na Ziemi jest bardzo mało a będzie coraz mniej. Hel tracony jest bezpowrotnie i nie ma możliwości odzyskiwania helu już raz wykorzystanego. Ulatuje do atmosfery, a potem w kosmos. Baloniki z helem są drogie, a będą jeszcze droższe lub znikną na zawsze z jarmarków świątecznych. Na szczęście dla nas Polska jest helowym mocarstwem - na razie.

Obecnie hel pozyskiwany jest głównie jako produkt uboczny przy oczyszczaniu gazu ziemnego. I tak się szczęśliwie składa, że hel w skorupie ziemskiej skoncentrowany jest głównie właśnie w pobliżu złóż gazu ziemnego. Dlaczego szczęśliwie? Dlatego, że średnie stężenie helu w skorupie jest bardzo małe. Trudno je wyrazić nawet w skali ppb (ang. part per billion) czyli w liczbie atomów helu na miliard wszystkich. Innymi słowy, średnia zawartość helu to wartości rzędu 0.0000001% składu skorupy ziemskiej. Jak widać mało, a nawet bardzo mało. W atmosferze ziemskiej jest go nieco więcej bo stężenie sięga 5.2 ppm czyli około 5 atomów na milion wszystkich. Jednak wykorzystanie tego źródła helu jest problematyczne. Ponadto, hel bardzo trudno wchodzi w jakiekolwiek związki i, jak to się mówi, jest bardzo lotny.

Ta jego przysłowiowa lotność i brak związków powoduje, że chętnie ulatuje z atmosfery w kosmos. Ziemia pozbywa się helu o wiele szybciej niż wodoru, gdyż ten ostatni uwięziony jest np. parze wodnej. Najszybciej odgazowanie atmosfery i ulatywanie helu w kosmos odbywa się w pobliżu biegunów, gdzie linie pola magnetycznego Ziemi są bardzo wydłużone, a część z nich jest otwarta, co pozwala helowi opuścić ziemskie pole grawitacyjne, szczególnie dzięki tzw. wiatrowi słonecznemu.

Jak już wspomniałem, hel związany jest głównie ze złożami gazu ziemnego, ale nie wszystkie jego pokłady zawierają dostateczne ilości helu. Jedynie kilka krajów na świecie ma złoża, z których opłaca się ekstrahować hel. Zdecydowanym potentatem są Stany Zjednoczone. Allah nie poskąpił także helu Katarowi i Algierii, ale Polska jest na czwartym miejscu (!) w produkcji helu na świecie. W tej chwili jesteśmy jedynym krajem Unii Europejskiej, który dostarcza komercyjnych ilości helu na rynki światowe. Hel to polski hit eksportowy.

Główni producenci helu na świecie (na wykresie ceny helu) (Peplow, 2013)

Oczyszczaniem gazu ziemnego i pozyskiwaniem z niego helu zajmuje się oddział PGNiG w Odolanowie. Wykorzystuje się tam zaazotowany gaz ziemny wydobywany ze złóż rozmieszczonych na Niżu Polskim, głównie w województwie wielkopolskim czy lubuskim. Zawartość helu w tych złożach wynosi 0.3% do 0.4%. Zasobność polskich złóż helu szacowana jest na około 30 mln m³, a produkcja wynosi obecnie 3 mln m³ rocznie. Dla porównania Algieria ma ponad 8 mld m³ zasobów przy rocznej produkcji rzędu 20 mln m³. Katar odpowiednio ponad 10 mld m³ zasobów i 15 mln m³ produkcji rocznej. Z kolei USA mają 20.6 mld m³ zasobów przy rocznej produkcji rzędu 75 mln m³. Pozostaje jeszcze Rosja, której zasoby szacuje się na 6.8 mld m³.

Przez wiele lat problem wydobycia helu nie istniał, bo USA od lat 60-tych gromadziły potężne ilości tego gazu w podziemnych zbiornikach w Teksasie. Do 1970 r. udało się wtłoczyć pod ziemię 1.2 mld m³ helu. Jak widać, 40 razy więcej niż wynoszą polskie zasoby. Ale zbiornik jest już w połowie opróżniony, a światowy apetyt na hel stale rośnie. W tej chwili helu w USA starczy na cztery lata światowej produkcji na obecnym poziomie. Amerykanie zaczynają się rozglądać za dalszymi źródłami. Teoretycznie helu na Ziemi powinno być jeszcze na kolejnych 200-300 lat, ale złoża skupione są tylko w kilku miejscach na świecie. Dlaczego?

Procentowe zużycie helu oraz główni producenci, w tym Odolanów (wg National Post)

Skupienie złóż helu w kilku tylko miejscach związane jest to z pochodzeniem helu ziemskiego. Około 95% tego pierwiastka jest wynikiem rozpadu promieniotwórczego uranu i toru w skorupie ziemskiej. Głównie udział w wytwarzaniu helu biorą izotopy ²³⁸U i ²³²Th, które rozpadają się do stabilnych izotopów ołowiu. Większość helu ulega podczas reakcji dyfuzji do atmosfery i dalej w przestrzeń kosmiczną. Tylko niewielka część zatrzymywana jest w nieprzepuszczalnych warstwach skorupy, w tym w złożach zawierających metan. Na podstawie obecnego stężenia izotopów uranu i toru w skorupie ziemskiej oraz porównując czas ich połowicznego rozpadu ze stężeniem helu w atmosferze wyliczono, że Ziemia utraciła w ciągu 4 mld lat swej historii 10¹⁴ ton helu. Czyli na Ziemi pozostała jedynie 10^-7 część helu jaki wytworzył się na Ziemi od początku jej istnienia. Ponieważ reakcja rozpadu trwa także dziś, hel nadal jest wytwarzany. Szacuje się, że jest tego około 3x10³ tony helu rocznie. Niewiele. Poza tym wspomniane izotopu uranu i toru rozsiane są po różnych minerałach i nie możliwości jakiejkolwiek koncentracji tych minerałów w celach komercyjnych. Dlatego też złoża gazu ziemnego z helem pozostają jedynym źródłem helu.

Po co nam hel? Oczywiście hel nie jest używany tylko do wypełniania baloników. Hel jest niezastąpiony do wytwarzania bardzo niskich temperatur, np. do chłodzenia nadprzewodników. Używają go także nurkowie, jako mieszankę do oddychania. Ponieważ hel nie był gazem wybuchowym stosowano go do wypełniania sterowców lub balonów. Procentowo wygląda to tak: chłodzenie (kriogenika) zużywa 32% helu; czyszczenie ciśnieniowe - 18%; spawanie (w osłonie helowej) - 13%; wyszukiwanie przecieków - 4%; mieszanka oddechowa - 2%; inne (w tym dziecięce baloniki) - 13%!

Teraz chyba łatwiej wysupłać z kieszeni 20 złotych na balonik helowy dla dziecka.

Źródła:
Bradshaw, A.M. & Hamacher, T., 2013. Nuclear Fusion and the helium supply problem. Fusion Engineering and Design.
Peplow, M., 2013. US bill would keep helium store afloat. Nature 497: 168-169.

Zdjęcie w nagłówku Photo Credit: elgourmet via Compfight cc

Czytaj więcej

Yersinia pestis udaremniła odbudowę Cesarstwa Rzymskiego

Dżuma, która zdziesiątkowała Cesarstwo Bizantyńskie za czasów cesarza Justyniana spowodowana była przez bakterię Yersinia pestis. Tak wynika z analizy szkieletów ofiar tej epidemii z VI w., w których znaleziono DNA tej Gram ujemnej bakterii. Co prawda, już wcześniej podejrzewano, że to właśnie jersinia jest odpowiedzialna za dżumę Justyniana, ale teraz mamy dowody wprost. Natomiast nowym faktem, który może zmienić interpretację źródła justuniańskiej dżumy, jest jej pochodzenie. Pałeczki jersinii pochodziły z Azji. Prawdopodobnie była to odmiana wyjściowa do mongolskiej jersinii z XIV w.

Dżuma Justyniana należy do 10 największych plag, które nawiedziły ludzkość. Epidemia czarnej śmierci przypadła akurat w okresie, kiedy cesarz Bizancjum Justynian I Wielki odbijał z rąk plemion germańskich Italię. W roku 541 n.e. Imperium Bizantyńskie miało szansę na odbudowę Cesarstwa Rzymskiego w dawnych granicach, łącznie z prowincjami zachodniorzymskimi. Jednak dżuma, która nawiedziła Konstantynopol zdziesiątkowała jego ludność, zabijając po kilka tysięcy osób dziennie w samej tylko stolicy. W 543 r. dżuma Justyniana sięgała już granicy francusko-niemieckiej. Justynianowi, który o mały włos sam nie padł ofiarą dżumy, nie udało się utrzymać władzy w prowincjach zachodniorzymskich. Dżuma wdarła się do Europy, a Italia najechana przez Longobardów podzielona została na niewielkie królestwa.

Justynian I Wielki - cesarz Bizancjum uznany za świętego obrządku wschodniego. Tu na mozaice z kościoła w Rawennie (fot. Sebastia Giralt).

Szacuje się, że epidemia dżumy, która w granicach starożytnego Rzymu trwała do połowy VIII w. pochłonęła ponad połowę jej populacji ludzkiej. Europa zmieniła swe oblicze, w jej sercu pojawiły się ludy, które wcześniej były na jej obrzeżu. Zbieżność dat dżumy Justyniania i czasu występowania tzw. pustki osadniczej na ziemiach polskich jest uderzająca. W osadach badanych przez archeologów notuje się brak wartsw kulturowych związanych z osadnictwem w okresie od ok. 450 do 650 r. n.e. Bezpośrednią przyczyną był najazd Hunów i wojny w imperium Hunów po śmierci Atylli, ale te 200 lat pustki mogło być również spowodowane szalejącą w Europie czarną śmiercią. Na wyludnione tereny wkroczyły plemiona słowiańskie a osłabione Bizancjum nie było w stanie powstrzymać ich pochodu przez Bałkany.

Nowe dane uzyskane z analizy szczątków ludzkich potwierdzają, że dżuma związana była z Gram ujemną pałeczką Yersinia pestis (Harbeck et al., 2013). Ponadto szczegółowa analiza DNA doprowadziła do wniosku, że starożytna jersinia pochodziła z Azji, a nie, jak wcześniej sugerowano, z Afryki. Azjatycka odmiana jersinii odpowiada także za epidemie dżumy z czasów najazdów mongolskich w XIV w. oraz XIX-XX w. epidemii, która rozpoczęła się w Chinach w 1850 r.

Pozycja jersini z dżumy Justyniana na drzewie filogenetycznym (niebieski kwadracik). Żółte kwadraciki, to pozycja filogenetyczna jersini z dżumy XIV-wiecznej. Skróty: ANT-antiqua; MED-mediaevalis; ORI-orientalis oznaczają współcześnie wyróżniane typu pałeczek dżumy (wg Harbeck et al., 2013)

DNA jersini otrzymano metodą reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Dzięki temu ustalono genotyp pałeczki Y. pestis obecnej w szkieletach z czasów Justyniana. Z analizy filogenetycznej wynika, że bakteria należy do wczesnej linii rozwojowej jersini, która odpowiada również za epidemię XIV w. zaliczanej do typu antiqua.

Zanim dopadnie nas kolejna epidemia dżumy, warto pamiętać, że jersinia to nie tylko pałeczki dżumy. W Polsce można się zakazić Yersinia enterocolitica, która bywa w mięsie wieprzowym. Coraz częściej dochodzi do zakażeń tą bakterią, które mogą prowadzić do przewlekłych chorób autoimmunologicznych. Bakteria ta jest tym bardziej groźna, że póki co, w Polsce nie ma obowiązku badania mięsa na obecność jersinii. Bodaj wszystkie gatunki Yersinia wytrzymują niskie temperatury, a nawet zamrażanie. Jedynym sposobem żeby je zabić jest dostatecznie wysoka temperatura podczas długotrwałego gotowania lub smażenia.

Źródła:
Harbeck, M., Seifert, L., Hänsch, S., Wagner, D., Birdsell, D., Parise, K., Wiechmann, I., Grupe, G., Thomas, A., Keim, P., Zöller, L., Bramanti, B., Riehm, J., & Scholz, H. (2013). Yersinia pestis DNA from Skeletal Remains from the 6th Century AD Reveals Insights into Justinianic Plague PLoS Pathogens, 9 (5) DOI: 10.1371/journal.ppat.1003349

fot. w nagłówku - Hagia Sophia ufundowana przez cesarza Justyniana  Photo Credit: Sr. Samolo via Compfight cc

Czytaj więcej

Stężenie 400 ppm dwutlenku węgla w atmosferze osiągnięte

Kiedy w Polsce obchodziliśmy Dzień Flagi, w obserwatorium na Hawajach zarejestrowano rekordowy poziom stężenia dwutlenku węgla (CO₂) w atmosferze. Wieczorem, 2 maja 2013 r., po zachodzie słońca, kiedy ustała fotosynteza, stężenie CO₂ w atmosferze dobiło do rekordowego poziomu 400 ppm czyli do 0.04%. To najwyższa wartość od czasu zainstalowania czujników w 1958 r. Mało tego, to największe stężenie w ciągu ostatnich 800 tys. lat.

Obserwatorium znajduje się w pobliżu szczytu hawajskiego wulkanu Mauna Loa (Mauna Loa Observatory - MLO) i dostarcza obecnie danych pomiarowych z najdłuższej, nieprzerwanej obserwacji stężenia CO₂ w atmosferze ziemskiej. Krzywa zmian nazywana bywa krzywą Keelinga od nazwiska Charlesa Davida Keelinga, który w 1956 zainicjował program pomiaru stężenia ditlenku węgla w atmosferze a w 1958 roku doprowadził do otwarcia obserwatorium na Hawajach.

Obserwatorium na Hawajach (MLO)

Od 2 maja stężenie CO₂ cały czas oscyluje wokół 400 ppm, co prawda średnia dobowa jest nieco niższa, ale maksymalne stężenie 3, 7 i 8 maja przekraczało 0.04% CO₂ w atmosferze. Kiedy rozpoczęto rejestrację pod koniec lat 50-tych - stężenie wynosiło w granicach 315 ppm. Szacuje się, że tzw. średnia przed-industrialna to 280 ppm.

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze od 2 do 8 maja 2013 r. zmierzone w obserwatorium na Hawajach.

400 ppm rejestrowano już w ubiegłym roku w arktycznych stacjach pomiarowych, ale to właśnie wskazania hawajskich mierników, ze względu na swoje położenie na środku oceanu traktowane są jako średnia dla całej Ziemi. Tak więc możemy uznać, że właśnie 2 maja 2013 r. padł globalny rekord nie pobity od conajmniej 800 tys. lat.

Stężenie ditlenku węgla w ostatnich 800 tys. lat. Widać olbrzmi skok obecnego stężenia. Część badaczy sądzi, że przekroczyliśmy granicę, gdzie stężenie będzie przyrastało w sposób wykładniczy (wg Scripps Institution of Oceanography).

Średnie stężenie dobowe CO₂ niebawem spadnie o kilka ppm-ów, co jest związane z rozpoczęciem wegetacji roślin półkuli północnej. Rośliny w procesach fotosyntezy pobierają dwutlenek węgla z atmosfery, stąd charakterystyczny ząbkowany przebieg krzywej Keelinga, związany z porami roku. Jak się domyślacie, najwyższe stężenie CO₂ spodziewane jest tuż przed rozpoczęciem wiosennej fotosyntezy na półkuli północnej, gdzie znajduje się większość lądów. Spadek jednak nie przekracza 10 ppm i w przyszłym roku bariera 400 ppm będzie pokonana znacznie wcześniej.

Krzywa Keelinga. Zielona linia oznacza 400 ppm (wg MLO).

Jaka będzie przyszłość? Stężenie będzie rosło, przynajmniej przez najbliższe lata. Za naszego życia świętować będziemy przekroczenie 450 a może i 500 ppm. W ubiegłym roku ludzie wyemitowali do atmosfery 36 miliardów m³ CO₂, o 1 miliard więcej niż w poprzednim roku. I to tylko z powodu recesji. Magiczna wartość krytycznego stężenia dwutlenku węgla przesunięta została na 450 ppm. Tej granicy nie powinniśmy przekroczyć, podobno. Zakłada się, że przy stężeniu 450 ppm CO₂ średnia temperatura na Ziemi wzrośnie o 2^oC. Póki co, nie jesteśmy na to przygotowani, przynajmniej my Polacy. Wystarczy popatrzeć na to jak się budujemy.

Źródła:
ESRL Global Monitoring Division - Mauna Loa Observatory (MLO)
Fot. w nagłówku - Plaża na Hawajach Photo Credit: Justin Ornellas via Compfight cc

Czytaj więcej

Życie powstało 10 mld lat temu - tak wynika z prawa Moore'a

Jeśli ewolucja życia odpowiada prawu Moore'a, to życie musiało zaistnieć zanim powstała Ziemia. Tak przynajmniej wynika z wyliczeń genetyków - Alexeia Sharova i Richarda Gordona.

Prawo Moore'a, jak sama nazwa wskazuje, zostało zdefiniowane przez założyciela firmy Intel, Gordona Moore'a, który zauważył, że liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co 12 miesięcy. W związku z tym, liczba tranzystorów w mikrochipach rośnie w sposób wykładniczy. Co ciekawe, obserwacji tych dokonał już w połowie lat 60-tych, a sama prawidłowość została przeniesiona także na inne urządzenia elektroniczne. Szczególnie na pojemność dysków czy wielkość pamięci operacyjnej. Zmianie ulegał jedynie czas potrzebny do podwojenia. Obecnie, wynosi podobno 24 miesiące.
Dociekliwym polecam wyliczenie czasu powstania pierwszego mikrochipu na podstawie liczby tranzystorów obecnych we współczesnych układach scalonych. Powinno wyjść ok. 1960 roku, czyli właśnie wtedy, kiedy powstał pierwszy układ scalony.

Prawo Moore'a - liczba tranzystorów w czasie. Ponieważ skala na osi pionowej jest logarytmiczna, korelacja jest liniowa a nie wykładnicza (fig. Wgsimon BY-SA)

Powyższe prawo Moore'a zostało zaadoptowane do wyliczenia początków tworzenia się biologicznej złożoności. Sharov i Gordon wyliczyli, że genetyczna złożoność organizmów podwaja się co 376 mln lat. Umieścili to na wykresie, gdzie złożoność genetyczna przedstawiona jest w skali logarytmicznej. Linia korelacji (regresji) genetycznej złożoności przecina się z osią czasu ok. 9,7 mld lat temu. Zatem, to byłby czas powstania pierwszej pary nukleotydów czyli powstania życia (samoreplikujących się cząsteczek).

Linia regresji dla głównych form życia na Ziemi przecina się z osią czasu na liczbie 9,7 mld (fig. Sharov & Gordon, 2013).

Gdyby to była prawda, to okazuje się, że potrzeba było 5 mld lat do powstania komórek o bakteryjnym stopniu skomplikowania genetycznego. Ponadto, środowisko powstania życia było zupełnie różne od ziemskiego (Ziemia powstanie dopiero za 5 mld lat przecież). Ale jeszcze ciekawsze jest to, że przed bakteriami znanymi z ziemskich osadów prekambru nie było w naszym Wszechświecie innych, bardziej złożonych form życia. Tym bardziej inteligentnych istot, które mogłyby odwiedzić młodą Ziemię i "zaszczepić" na niej życie.

Przy okazji autorzy rozprawiają się także z równaniem Drake'a, które wyliczało prawdopodobną liczbę cywilizacji technologicznych w naszej Galaktyce. Takie cywilizacje po prostu dopiero powstają, podobnie do ziemskiej. Jednocześnie, w takich cywilizacjach możemy zaobserwować przyspieszanie złożoności poprzez dodanie systemów opracowywania informacji, np. książki, komputery czy internet. W rezultacie postęp technologiczny umożliwia podwajanie złożoności co ok. 20 lat.

No i powraca oczywiście teoria panspermii, tym razem w nowej odsłonie.

Źródła:
Alexei A. Sharov, & Richard Gordon (2013). Life Before Earth arXiv arXiv: 1304.3381v1
fot. w nagłówku Photo Credit: jurvetson via Compfight cc

Czytaj więcej

Ann E. Hodges i jej małżeństwo - ofiary meteorytu

Niedawny deszcz meteorów nad okolicami Czelabińska w Rosji spowodował zainteresowanie zagrożeniem jakie dla człowieka niosą tego typu zjawiska. Onet.pl grzmi, że Europa powinna chronić mieszkańców przed niebezpieczeństwami z kosmosu. Z informacji podawanych w mediach wynika, że liczba rannych w Rosji przekroczyła już 1000. Jeśli jednak wczytamy się dokładnie w te doniesienia zauważymy, że to głównie osoby poranione kawałkami szkła z okien rozbitych przez falę uderzeniową po eksplozji meteoru w atmosferze ziemskiej. Jakie zatem jest prawdopodobieństwo, że meteoryt trafi prosto w człowieka, np. w biodro?

Prawdopodobieństwo jest niewielkie, a nawet bardzo niewielkie. Nie wiem, jak to dokładnie wyliczyć i podać liczbowo, ale myślę, że nikt z nas nie oberwie meteorytem. Jestem nawet pewien. No chyba, że złośliwy kolega lub koleżanka akurat będą mieli meteoryt w ręce i w nas rzucą. Ale tak z nieba, to nie, nie spadnie na nas. Skąd ta pewność?

Klip wyjaśniający jakie jest prawdopodobieństwo upadku meteorytu

Z dotychczasowych obserwacji. Jak na razie, jedyną, w pełni udokumentowaną ofiarą bezpośredniego uderzenia meteorytu była Ann Elizabeth Hodges. 30 listopada 1954 roku pani Hodges leżała sobie na sofie w wynajętym mieszkaniu w Alabamie (USA), kiedy przez dach wpadł do pokoju meteoryt wielkości dużego jabłka, odbił się od drewnianego pudła radia i uderzył ją w biodro i udo. Meteoryt, nazwany później Hodges, ważył niecałe 4 kg i zaliczony został ostatecznie do grupy dość powszechnych meteorytów oliwinowo-bronzytowych.

Meteoryt Hodges i radio, od którego się odbił
(fot. Muzeum Historii Naturalnej w Alabamie)

Cała historia ma swój dalszy ciąg. Lata 50-te to czas zimnej wojny i przedmiot, który spadł z nieba i ranił obywatela amerykańskiego nie mógł umknać uwadze armii amerykańskiej. Armia wysłała po niego helikopter, podejrzewając, że to jakaś nowa broń komunistów. Kiedy pani Hodges, ranna w biodro, leżała w szpitalu a meteoryt w sejfie US Air Force, w sądach rozpoczęła się batalia o to, do kogo meteoryt należy.

Niespodziewanie prawo do meteorytu zaczęła rościć sobie Birdie Guy, właścicielka, od której państwo Hodges wynajmowali mieszkanie. Jednak pani Ann E. Hodges była pewna, że meteoryt jest jej. Twierdziła: "To Bóg przeznaczył go dla mnie. Poza tym, to w końcu we mnie uderzył!". Prawnicy, wobec braku kontaktu z Bogiem, orzekli, że zgodnie z prawem meteoryt należy do właścicielki posesji - wdowy Birdie Guy. Jednak opinia publiczna była innego zdania i w końcu, pod jej naciskiem, meteoryt wylądował z powrotem w ramionach pani Hodges. Najbardziej ucieszył się z tego mąż pani Hodges - Eugene, który postanowił sprzedać obiekt za, bodajże, $ 5500. Nie znalazł się jednak nabywca i transakcja nie doszła do skutku a meteoryt dwa lata później przekazany został do muzeum historii naturalnej w Alabamie.

Ann Hodges i dziura, przez którą wpadł meteoryt
(fot. Muzeum Historii Naturalnej w Alabamie)

Meteoryt nie przyniósł rodzinie Hodges nie tylko pieniędzy, ale i szczęścia. Małżeństwo rozpadło się w 1964 roku, a Eugene twierdził, że żona od czasu wypadku nigdy już nie była taka sama. Cóż, można powiedzieć, że była bardzo wyjątkowa, jedyna. Albo prawie jedyna.

Jest bowiem jeszcze kilka innych doniesień o bezpośrednich uderzeniach meteorytów w istoty żyjące na Ziemi. Podobno już w starożytnych Chinach takie rzeczy się zdarzały. Z kolei, w 1911 roku, w Egipcie, meteoryt Nakhla zabił psa. Pod wpływem uderzenia pies wyparował, więc nie udało się tego sprawdzić. Kroniki donoszą również, że w 1677 roku jakiś włoski zakonik zginął od uderzenia meteorytu (no comments). W 1992 roku, niewielki (~3 g) meteoryt uderzył ugandyjskiego chłopca, podobno. Nie zrobił mu jednak żadnej krzywdy, bo wcześniej odbił się od gałęzi (nie pamiętam skąd to wziąłem). A w 2009 roku Gerrit Blank, niemiecki 14-latek stwierdził, że jego także uderzył meteoryt. Ponieważ było to w drodze do szkoły, nauczyciele i rodzice nie dali mu wiary i postarali się udowodnić chłopcu, że historia jest zmyślona i do szkoły nie wolno się spóźniać. Udało im się.

Nie wiem, jaki jest morał z całej tej historii. Być może, gdyby Eugene Hodges chciał mniej za meteoryt, ich małżeństwo by się nie rozpadło?

Źródła:
The Day the Meteorite Fell in Sylacauga – By John C. Hall, 14 pp, illus., 2010. [link]

Fotografia w nagłówku: Toby Keller / Burnblue via Compfight cc

Czytaj więcej

Chłop pańszczyźniany, miłośnik przyrody

Morderczy topór omija tylko stare drzewo, na którym wisi obrazek święty lub kapliczka, bo kto by się ważył złamać dawne nakazy pradziadów, na tego choroba spadnie lub piorun w dom jego uderzy. Te dawne nakazy, wypływające z prostaczych wiar ludu, otaczają pieczą niektóre zwierzęta. Kto jaskółkę zabije, temu krowy krwią doić się będą, kto zniszczy gniazdo bociana, temu bociany dom podpalą lub grady pole wybiją, kto pszczołę zdepcze, temu matka umrze.

Tak o wierzeniach ludności Husowa sprzed 100 lat pisał znany polski etnograf Tadeusz Seweryn. Tekst, z którego pochodzi powyższy fragment, przypominam niniejszym, aby uczynić zadość obietnicy, jaką swego czasu złożyłem Makromanowi.

Husów położony jest kilka kilometrów na południe od Łańcuta. Jest to jedna z podkarpackich wsi związanych z kolonizacją niemiecką okolic Kańczugi. Sam artykuł Tadeusza Seweryna poświęcony jest niejakiemu Janowi Rakowi, chłopowi pańszczyźnianemu, pierwszemu spośród chłopów szermierzowi idei ochrony przyrody w Polsce, który swą postawą wzbudził podziw uczonych mężów z Krakowa.

Wrażliwość na nędzę ludzką złączyła się u niego z wrażliwością na ból zwierzęcia.

Wychodząc naprzeciw życzeniom Seweryna, postanowiłem postać Raka - obrońcy przyrody przenieść także do internetu. Niech jego postawa świadomego ekologa będzie przykładem dla wszystkich tych, którzy kochają przyrodę, jak to się mówi: bezwarunkowo.

Jan Rak - husowski poeta i filozof pozostawił po sobie skrypty przechowywane w Muzeum Etnograficznym w Krakowie. Na nie właśnie natknął się Tadeusz Seweryn. Twórczość Raka można przybliżyć sobie w Podkarpackiej Bibliotece Cyfrowej w Rzeszowie.

Niestety, nie udało mi się ustalić skąd pochodzi i kiedy został opublikowany artykuł. Przeglądnąłem bibliografię prof. Seweryna, ale tam pominięto tę krótką wzmiankę o Janie Raku. Mam tylko odbitkę ksero bez stron tytułowych, ale na pewno pochodzi sprzed II wojny światowej.

Źródła:
Fot. w nagłówku BiLK_Thorn CC-BY-SA

Czytaj więcej

Zakwity sinic w Bałtyku - skąd się biorą i jak z nimi walczyć

Zakwity toksycznych sinic w Bałtyku to niestety norma. Ich częstotliwość rośnie z roku na rok. Ostatnio jednak pojawiła się nadzieja na zmianę tej sytuacji. Szwedzi mają pewien pomysł, który może uratować Bałtyk i uwolnić go nie tylko od sinic, ale także od ogólnej dewastacji ekologicznej. Pomysł, dość prosty w swej istocie, jest jednak kontrowersyjny i nie do końca wiadomo, jaki będzie efekt. Wydaje się jednak, że nie ma co zwlekać z ratowaniem Morza Bałtyckiego. To przecież jedno z najbardziej zanieczyszczonych mórz świata, a jego dno przypomina stale powiększającą się pustynię ekologiczną. Brak wymiany wód dennych z powierzchniowymi sprzyja stopniowej eutrofizacji naszego morza i okresowym zakwitom sinic. Z czego to się bierze?

Niezależnie od naszego umiłowania Bałtyku i jego plaż, trzeba podkreślić, że Bałtyk posiada największą na świecie strefę pozbawioną życia - spowodowaną działalnością człowieka. Jest to przydenna strefa zubożona w tlen, za to przepełniona składnikami odżywczymi, które opadły na dno i nie mogą się stamtąd wydostać. Mówiąc dosadnie - takie podmorskie szambo. Uwięzione na beztlenowym dnie składniki odżywcze to głównie azot i fosfor pochodzące ze ścieków oraz nawozów sztucznych dostających się do morza rzekami. Polska niestety jest jednym z głównych trucicieli Bałtyku. W liczbach wygląda to tak - w ciągu ostatnich 50 lat do Bałtyku wpuszczono łącznie 20 milionów ton azotu oraz 2 miliony ton fosforu. 

Każdy kto uprawiał jakąś roślinkę, wie, że drobinka "azofoski" wystarczy, żeby roślinka wybujała. Tak też dzieje się z sinicami w Bałtyku, które ochoczo korzystają z nadmiaru azotu i fosforu. Sinice nazywane też cyjanobakteriami, należą, podobnie jak rośliny, do organizmów samożywnych. Są to jedne z najstarszych organizmów na Ziemi zaliczanych obecnie do królestwa bakterii. Oprócz światła słonecznego, do życia potrzebują też składników odżywczych, przede wszystkim fosforu. Ponieważ nie są osamotnione w wyścigu do światła i pożywienia, zakwitają głównie wtedy gdy następują warunki im sprzyjące - ciepła, stagnująca woda przypowierzchniowa. Tak zdarza się najczęściej latem. Na domiar złego - bałtyckie sinice potrafią być toksyczne, także dla ludzi.

Zdjęcie satelitarne Bałtyku z zakwitem sinic
(fot. trojmiasto.pl)

Co roku, zielony dywan sinic pokrywa bałtyckie plaże. Kiedy zakwit sinic się kończy, obumarłe organizmy opadają na dno i rozkładając się zużywają resztki pozostałego tam tlenu. W pozbawionych tlenu wodach dennych nie może przeżyć żaden tlenowy organizm, np. ryby czy mięczaki. Rybacy określają to wdzięcznym terminem - przyducha. Dno staje się pozbawione życia, a strefa beztlenowa rozprzestrzenia się. Wiele gatunków fauny Bałtyku, np. dorsz, ma coraz mniej miejsca do życia. W ciągu ostatniego dziesięciolecia, co roku w Bałtyku występuje ok. 60 tys. km² dna pozbawionego tlenu. To powierzchnia kilku polskich województw całkowicie pozbawionych życia.

Problem przydennych wód beztlenowych (anoksycznych) pojawia się ostatnio coraz częściej w naukowych opracowaniach i mediach, głównie za sprawą rosnących temperatur mórz i oceanów. Ciepłe wody przyspieszają rozkład gnijących sinic ograniczając jednocześnie natlenianie wód przypowierzchniowych. W wodach anoksycznych dochodzi do szybszego uwalniania fosforu, a niski poziom tlenu zatrzymuje denitryfikujące bakterie w osadzie powodując wzrost zawartości azotu. Koniec końców, prowadzi to do kolejnego zakwitu, który powiększa zawartość fosforu i azotu na anoksycznym dnie i powstania samonapędzającej się spirali następnych zakwitów sinicowych.

Za sprawą szwedzkich geoinżynierów pojawił się ostatnio pomysł na ograniczenie strefy beztlenowej w Bałtyku. Szwedzi stwierdzili, że wystarczy po prostu pompować tlen na dno Bałtyku. Spowoduje to także mieszanie się wód i zahamuje proces denitryfikacji w osadzie. Czyli mechanizm podobny do tego stosowanego w agrotechnice, z tym, że teraz dotleniać będziemy dno bałtyckie, tzn. Szwedzi będą dotleniać. Chcą wykorzystać do tego ok. 100 pomp, które będą wtłaczać natlenioną wodę z ok. 50 m, wgłąb na głębokość ok. 125 m przez kilkanaście lat. Całość ma kosztować co najmniej 200 mln euro (patrz Stigebrandt & Gustafsson, 2007).

Obliczono, że potrzeba od 2 mln do 6 mln ton tlenu, żeby podnieść natlenienie dna Bałtyku powyżej poziomu dla wód uznawanych za zubożone w tlen, czyli powyżej 2 mg na litr. W 2009 roku Szwedzi wydali już prawie 4 mln dolarów na pilotażowy program. Okazało się, że rzeczywiście można w ten sposób natlenić dno Morza Bałtyckiego. Pojawiły się jednak pewne zagwozdki, sprawiające, że cały projekt coraz częściej określa się mianem kontrowersyjnego.

Przede wszystkim, takie pompowanie narusza naturalną cyrkulację termohalinową czyli opadanie cięższych, słonych wód na dno. Pompowane wody powierzchniowe są mniej zasolone. Są też cieplejsze, co może spowodować podniesienie temperatury wód dennych nawet do ok. 8^oC. To z kolei też stymuluje rozwój sinic, a więc stać się może odwrotnie do zamierzonego efektu. Nie wspominając już o wtłoczonych przypadkowo, wbrew ich woli, organizmach wód przypowierzchniowych, które nagle znajdą się na dnie. Jak na razie, najlepsze rezultaty osiągnięto dotleniając dna niewielkich jezior, jednocześnie wiążąc chemicznie fosfor na ich dnie. W Polsce także prowadzono podobne eksperymenty na Jeziorze Kortowskim czy sztucznym zbiorniku w Turawie. Powodzenie areacji dna jezior zachęciło Szwedów do działania na szerszą skalę w Bałtyku.

To jednak nie koniec zastrzeżeń wobec projektu. Natlenienie dna Bałtyku w ciągu najbliższych kilkunastu lat w dość gwałtowny sposób pociągnąć może za sobą łańcuch niekontrolowanych zdarzeń, których nie jesteśmy w stanie w tej chwili przewidzieć. Trochę przypomina to sytuację z pogranicza proterozoiku i kambru związaną z zagospodarowaniem dna morskiego przez organizmy penetrujące w osadzie. Wtedy ten proces przebiegał przez miliony lat i ostatecznie doprowadził, jak się wydaje, do eksplozji życia kambryjskiego. W Bałtyku mamy jednak nieco inną sytuację. Organizmy penetrować będą w dnie, które zawiera mnóstwo zanieczyszczeń typu DDT czy polichlorowane bifenyle (PCB). Dla przypomnienia - DDT to popularny środek owadobójczy, zaś PCB stosuje się głównie do produkcji smarów. Największe obawy może budzić PCB, który jest rakotwórczy i najwięcej znajduje się go właśnie w rybach z Bałtyku. Natlenienie dna spowodować może uwolnienie tych substancji i chyba nie muszę rozwijać co to będzie oznaczać dla bałtyckiego rybołówstwa.

Plan redukcji strefy minimum tlenowego w Bałtyku (wg Conley, 2012)

Cóż zatem robić? Jeśli pozostawimy Bałtyk samemu sobie, to pod koniec wieku 1/4 jego powierzchni będzie pustynią ekologiczną. Wtedy pewnie w ogóle nie zanurzymy palca w wodzie, bo kożuch sinicowy może występować całe lato. Szwedzi zakładają, że przy pomocy pomp uda im się ograniczyć "strefę śmierci" do ok. 40 tys km² w 2100 roku.

Przeciwnicy stosowania pomp uważają, że lepiej zacząć od redukcji zanieczyszczeń odprowadzanych do Bałtyku. Ostatnio udało się ograniczyć udział fosforu o ok. 30 tys ton rocznie i azotu o ok. 400 tys ton. Zakłada się obniżenie do 2016 roku poziomu fosforu do 42% obecnego poziomu oraz azotu do 18%, tak, by już w 2021 móc ogłosić zadowalający status ekologiczny Bałtyku.

Tytułem końcowej refleksji - przykład z pompami pokazuje, że część inżynierów nie wyszła z piaskownicy. Nie widzą skomplikowanej sieci powiązań i złożoności biotopów morskich. To nie jest maszyna skonstruowana wg określonego wzoru, tylko wynik wielu przypadkowych procesów i bardzo trudno jest odtworzyć stan sprzed jakiegoś okresu. To taka droga jednokierunkowa, gdzie nie można zawrócić. Można tylko zwolnić. Ja wierzę w redukcję zanieczyszczeń i naturalny powrót do czystego Bałtyku, który sam będzie ewoluował zgodnie ze zmianami zachodzącymi w środowisku przyrodniczym. Może lepiej już nie majstrować więcej.

Źródła:
Daniel J. Conley (2012). Save the Baltic Sea Nature DOI: 10.1038/486463a
Stigebrandt A, & Gustafsson BG (2007). Improvement of Baltic proper water quality using large-scale ecological engineering. Ambio, 36 (2-3), 280-6 PMID: 17520945

fot w nagłówku: Autor: thewamphyri CC-BY-SA

Czytaj więcej

Czy warto adoptować koty?

Kot domowy (Felis catus) to groźny i bezwzględny drapieżnik. Należy do setki najbardziej inwazyjnych gatunków świata. Warto o tym pamiętać, decydując się na przygarnięcie tego zwierzaka. Kot jest bardzo mocno osadzony w naszej tradycji wyrastającej z rolniczych kultur przybyłych do Europy z Bliskiego Wschodu. Traktowany jest jako odwieczny towarzysz człowieka, który jednak zachował sporo ze swej niezależności. Ta kocia niezależność jest dość wygodnym wytłumaczeniem dla właścicieli kotów, których nie wyprowadza się w Polsce na smyczy. Jeśli już, to głównie kotki w trakcie rui. Koty biegają samopas. A tak nie powinno być. Upraszczając - kot to morderca, którego trzeba pilnować.

W wielu krajach kocia wolność powoli się kończy albo już skończyła. Świadomość ekologiczna wielu społeczeństw zachodnich jest znacznie wyższa niż w Polsce i tam kot traktowany jest tak jak gatunek zagrażający rodzimej bioróżnorodności, czy bioróżnorodności w ogóle. W Polsce niestety nie. Tymczasem koty w większości miejsc nie mają naturalnych wrogów, a wspierane ręką człowieka, stają się panami życia i śmierci większości ptaków, gryzoni i innych drobnych zwierząt typu jaszczurki, żaby itp. Pomijam już fakt, że formalnie, jako gatunek inwazyjny, kot powinien być tępiony, a w ostateczności jego populacja powinna być pod ścisłą kontrolą.

W Australii, USA czy Wielkiej Brytanii wprowadzono regulację wielkości populacji kotów i wałęsające się samopas koty są wyłapywane, sterylizowane i umieszczane w schroniskach, skąd nie ma ucieczki. Dla przeciętnego Polaka może to dziwne czy szokujące, ale tak powinno być. Kotów jest za dużo, a najlepiej gdyby ich, w pewnych "okolicznościach przyrody" w ogóle nie było. Dlaczego? Liczby powiedzą same za siebie.

Przeciętnie, jeden kot zabija rocznie 24 gryzonie, 15 ptaków i 17 jaszczurek. Dane pochodzą z USA i podejrzewam, że w Polsce będzie to znacznie więcej. Ale to dopiero początek wyliczanki. Trzeba to pomnożyć przez liczbę kotów.W USA żyje obecnie prawie 94 mln kotów, co daje łącznie ponad 5 miliardów upolowanych zwierząt. W Wielkiej Brytanii 9 mln kotów zabija co roku 275 mln zwierząt. Koty są odpowiedzialne za ok. 40% śmierci wszystkich ptaków, skutecznie rywalizując nawet z ptakami drapieżnymi.

Koty są szczególnie niebezpieczne dla ptaków (fot. Karelj PD)

[Edit] Tomasz Skawiński podesłał link do artykułu Krauze-Gryz et al. (2012). Autorzy obserwowali tam 34 koty przez łączną liczbę 258 miesięcy, czyli średnio jednego kota przez 7.6 miesiąca. W sumie koty złowiły 1545 ofiar co daje 45.4 ofiary na jednego kota, czyli prawie 6 ofiar miesięcznie i 72 rocznie (na kota). Co ciekawe, większość ofiar koty przynosiły do domu - 1419 w stosunku do 357 bezpośrednio zjedzonych (Krauze-Gryz et., 2012).

Koty polują w pojedynkę, zasadniczo wieczorem i nad ranem. Mogą przetrwać przy ograniczonym dostępie do wody, uzupełniając zapas płynów ze swoich ofiar. W Australii, gdzie wszystkie gatunki przywiezione przez Europejczyków, są wielkim problemem, koty stoją na czele listy gatunków, które odpowiedzialne są za przetrzebienie 35 gatunków ptaków, 36 ssaków, 7 gadów i 3 gatunków płazów.

Trzeba także zdać sobie sprawę z tego, że w warunkach naturalnych, dziki kot, np. żbik żyje parę lat, natomiast kot udomowiony kilkanaście. Jak wykazały badania na Nowej Zelandii, terytorium łowne kota może dochodzić do 1000 hektarów. Wielkość łowiska uzależniona jest oczywiście od dostępności ofiar, a w przypadku wysp, od wielkości samej wyspy. Stąd na Hawajach koty polują na obszarze rzędu 5 ha. To i tak sporo. Problem kotów zawleczonych przez człowieka na wyspy to zresztą zupełnie inna sprawa, szczególnie na Pacyfiku. Na niewielkim obszarze łatwo koty wyłapać a i miejscowa ludność nie ma w swoich baśniach opowieści o kocie w butach.

Wyspy są także doskonałym przykładem jaki wpływ mają zwierzęta inwazyjne na rodzime gatunki i ile nas to wszystko może kosztować - dosłownie. Na wyspie Macquarie, leżącej w australijskiej Antarktyce, koty pojawiły się tuż przed II wojną światową. Wcześniej na wyspę dotarły króliki, które zupełnie zdewastowały środowisko. Kiedy uporano się z królikami przy pomocy zabójczych dla nich wirusów, okazało się, że koty są jeszcze większym problemem. W 1985 roku rozpoczęto program redukcji liczby kotów. Do tej pory wydano 24 miliony dolarów na ratowanie wyspy i przekonano się, że gatunki inwazyjne mogą doprowadzić do całkowitego załamania się ekosystemu (ang. meltdown).

W takim razie, co zrobić jeśli już mamy kotka w domu? Przede wszystkim, wysterylizować. Po drugie, trzymać w domu i wychodzić z nim na smyczy, tak jak z psem. Ja wiem, że kot lubi wskoczyć na drzewo i głupio to wygląda, stać pod drzewem ze smyczą, ale można kotu w domu zorganizować miejsca do skakania. Niech się wyskacze w domu. Jeśli macie duży dom, to nie wypuszczać kota samego z domu. A jeśli już musi wyjść, należy zawiesić na szyi dzwoneczek. Dźwięk dzwonka może skutecznie ostrzegać potencjalne ofiary, które zdążą uciec przed kotkiem.

W Polsce nie brakuje ludzi, którym czułe serce nie pozwala obojętnie przechodzić obok bezdomnych zwierząt. Jednak powinni zdawać sobie sprawę z tego, że udomowione zwierzęta stanowią zagrożenie i mogą, tak jak koty, dewastować środowisko naturalne. Kochajmy zwierzęta, ale wszystkie, nie tylko te udomowione.

* * *

ps. Aleksandra Żurek podrzuciła mi link do postu Adama Wajraka na Facebooku. Warto poczytać razem z dyskusją pod postem. Znajdziecie tam mnóstwo przydatnych linków, np. jak zabezpieczyć ptasie lęgi przed kotami.

pps. Artykuł z 29 stycznia 2013 The impact of free-ranging domestic cats on wildlife of the United States opublikowany w Nature Communications, jako uzupełnienie.

Źródła:
fot. w nagłówku: Stiopa CC-BY-SA

D. Krauze-Gryz, J. Gryz, J. Goszczyński (2012). Predation by domestic cats in rural areas of central Poland: an assessment based on two methods Journal of Zoology DOI: 10.1111/j.1469-7998.2012.00950.x

Czytaj więcej