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

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

Co na Ziemię przyniosły meteoryty?

Wiemy już ile jest wody na Ziemi, ale problem pojawienia się wody na Ziemi co pewien czas powraca na naukową wokandę. Do tej pory, za główne źródło wody uważano komety. Ostatnie badania wskazują jednak, że woda może pochodzić z meteorytów.

Słabością teorii wody z komet była niezgodność składu izotopowego pomiędzy wodą ziemską a wodorem uwięzionym w lodzie wodnym jądra komety. Tym tropem poszli badacze, którzy postanowili przeanalizować ilość ciężkiego izotopu wodoru (deuteru) w stosunku do zawartego w meteorytach z grupy meteorytów kamiennych tzw. chondrytów. Do analizy wzięto 86 próbek pochodzących z chondrytów węglistych.

Z dotychczasowych ustaleń wynika, że im dalej od Słońca tworzył się obiekt w Układzie Słonecznym, tym jest bogatszy w deuter. Okazało się, że analizowane chondryty zawierają znacznie mniej deuteru niż lód w kometach. Znaczy to mniej więcej tyle, że powstały znacznie bliżej Słońca niż komety. Nie jest to wielkie zaskoczenie, gdyż już od dawna podejrzewano, że większość meteorytów pochodzi z pasa planetoid, który rozciąga się pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza.

Kratery na Księżycu widoczne dzisiaj z Ziemi gołym okiem są efektem wielkiego bombardowania młodego Księżyca (po prawej) (rys. Timwether CC-BY-SA)

Co prawda, początki tworzenia się Ziemi i wody na niej sięgają ponad 4 miliardów lat wstecz, więc trudno wyobrazić nam sobie ówczesny Układ Słoneczny. Jednak chondryty węgliste powstały raczej bliżej niż dalej od Słońca, w pobliżu planet typu ziemskiego. Całość wydarzyła się w epoce zwanej wielkim bombardowaniem (ok. 4 mld lat temu), kiedy w młodym Układzie Słonecznym dochodziło do częstych kolizji planetzymali czy też protoplanet. Przez okres ok. 200 mln lat w Ziemię mogło uderzyć naprawdę sporo chondrytów, i to dużych rozmiarów, które dostarczyły mnóstwa składników lotnych. Oprócz wodoru przyniosły one na Ziemię także azot i węgiel, a być może także proste związki organiczne, które stały się zalążkiem życia. Alexander wraz zespołem (2012) twierdzą, że chondryty węgliste były głównym źródłem składników lotnych tworzącej się Ziemi (Alexander et al., 2012). 

Źródła:
C. M. O’D. Alexander, R. Bowden, M. L. Fogel, K. T. Howard, C. D. K. Herd, L. R. Nittler (2012). The Provenances of Asteroids, and Their Contributions to the Volatile Inventories of the Terrestrial Planets Science DOI: 10.1126/science.1223474

Fot. w nagłówku: Meteoryt węglisty NWA 3118 (zgład). Autor: Mario Müller (CC-BY-SA-3.0-DE)

Czytaj więcej

Bakterie mogą żyć miliony lat w osadzie

Bakterie należą do najliczniejszych organizmów na Ziemi, a 90% procent z nich występuje pogrzebanych w osadach na dnie oceanu. Nie od dziś wiadomo, że bakterie wiele zniosą. Okazuje się, że mimo wszystko nie docenialiśmy ich żywotności. W osadach liczących sobie 86 milionów lat, leżących 30 m pod dnem Pacyfiku, znaleziono zespół bakterii tlenowych. I nie były to skamieniałości, lecz bakterie, które wciąż konsumowały tlen. Tyle, że robiły to naprawdę bardzo, bardzo wolno - taki bakteryjny slow-food w ekstremalnym wydaniu. Po prostu, bakterie mogą żyć wiele milionów lat w osadzie.

Osady głębinowych czerwonych iłów oceanicznych wydobyto z dna Pacyfiku w rdzeniu wiertniczym, po czym w każdej z warstw osadu pomierzono czujnikiem zawartość tlenu. Tak zmierzone wartości porównano z modelem dyfuzji tlenu z powierzchni dna wgłąb osadu. Różnica pomiędzy zmierzoną ilością tlenu a tą, która powinno dostać się z oceanu do osadu, to tlen skonsumowany przez bakterie. Oczywiście, im głębiej, tym warstwy są starsze. Tak więc, 30 metrów osadu reprezentowało sporo czasu, 86 mln lat czyli od przełomu koniaku i santonu do dzisiaj (koniak i santon to niższe piętra górnej kredy). 86 mln lat temu w oceanach roiło się od gadów morskich i amonitów, a na lądach panowały dinozaury - zatem było to naprawdę dawno temu.

Na podstawie wcześniejszych badań stwierdzono, że bakterie tlenowe dość szybko zużywają tlen w osadzie i ich populacja z reguły nie sięga głębiej niż 10 cm. Poniżej rozwija się świat bakterii beztlenowych.

W przypadku osadów wydobytych z dna Pacyfiku mamy do czynienia z wyjątkową sytuacją (Roy et al., 2012). Bakterie tlenowe nie były w stanie skonsumować całego tlenu zawartego w osadzie i wciąż w nim żyją, kilkadziesiąt metrów poniżej dna. Po pierwsze dlatego, że jest ich niewiele, po drugie dlatego, że zużywają bardzo niewiele tlenu.

Środowisko oceaniczne, w którym zachowały się te zespoły bakterii cechuje się bardzo wolnym tempem przyrostu osadów. To taka oceaniczna pustynia, uboga w składniki pokarmowe, stąd produkcja organiczna w kolumnie wody jest niewielka, a do lądu daleko, więc mało co spada na dno. Osadu przybywa około 1 mm na 1000 lat. Jeśli już coś żywego spadnie, to jest tego naprawdę mało. Dlatego też w osadzie może zachować się niezużyty tlen, który będzie pożywką dla bakterii przez wiele pokoleń. Jak wiele? Okazuje się, że bardzo, bardzo wiele.

Miejsce pobrania rdzenia w płn. Pacyfiku cechuje się bardzo niską produkcją organiczną - fioletowe barwy. Jest to cecha typowa dla wielkich wirów oceanicznych na Pacyfiku (ang. gyre) (fig. SEAWiFS)

Oczywiście, ważne jest też tempo zużycia tlenu przez bakterie żyjące w osadzie. Wyliczono, że te żyjące 20 m pod dnem zużywają 0,001 mikromola tlenu na litr osadu w ciągu roku. W takim tempie 1 metr sześcienny osadu dostarcza bakteriom w ciągu 10 lat tyle tlenu, ile człowiek zużywa w jednym oddechu. Zatem gdybyśmy byli taką bakterią, oddychalibyśmy mniej więcej raz na 10 lat.

Jak przystało na artykuł w Science wszystko kończy się dywagacjami na temat życia pozaziemskiego. Wiadomo, tak wytrzymałe bakterie mogą się utrzymać np. pod powierzchnią gruntu marsjańskiego przez szmat czasu, więc moglibyśmy je sobie stamtąd przywieźć. Lub wysłać tam ziemskie bakterie, niech kolonizują Wszechświat.

Zastanawiam się tylko, ile te bakterie mają naprawdę lat? Czy nie dostały się przypadkiem do tego osadu znacznie później?

Źródła:
Roy, H., Kallmeyer, J., Adhikari, R., Pockalny, R., Jorgensen, B., & D'Hondt, S. (2012). Aerobic Microbial Respiration in 86-Million-Year-Old Deep-Sea Red Clay Science, 336 (6083), 922-925 DOI: 10.1126/science.1219424

fot. w nagłówku: Analiza rdzenia wiertniczego (domena publiczna)

Czytaj więcej

Ile wody jest na Ziemi?

Wydawać by się mogło, że Ziemia - Błękitna Planeta ma nieprzebrane zasoby wody. Ale.. ile wody jest na Ziemi naprawdę? Przyznam, że kiedy dowiedziałem się, nie mogłem uwierzyć i moje myśli długo powracały do tych wyliczeń. Chodzi oczywiście o całkowite zasoby wody - tej słonej w morzach i oceanach; tej słodkiej, płynącej w rzekach, jeziorach i zamarzniętej w lodowcach; tej podziemnej, krążącej w skałach podłoża oraz tej występującej w postaci pary wodnej.

Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych (USGS) obrazowo przekonuje nas, że gdybyśmy zebrali całą tę wodę do jednego naczynia w kształcie kuli, to miałaby ona.... no właśnie, jak myślicie? Jakaż może być średnica takiej kuli? Dla przypomnienia dodam, że prawie 71% powierzchni Ziemi znajduje się pod wodą, a ok. 96.54% tej wody, to woda słona.

Kula, w której zmieści się cała woda na Ziemi (rys. Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institute)

Otóż kula, w której zmieści się cała woda na Ziemi ma średnicę 1385 km. Tak, ja też się zdziwiłem. Mała ta kula. Wierzyć się nie chce. A może pomylili się w obliczeniach? W Europie zmieściłoby się kilka takich kul... Podobno, jest to mniej niż trzecia część kuli wielkości Księżyca (to porównanie akurat nie przemawia do mnie). W każdym razie, gdyby taką kulę zrobić tylko ze słodkiej wody, to byłoby to maleństwo o średnicy 160 km.
[Edit] (Dodam, że dokładnie nie wiem, o jaką wodę słodką chodzi. USGS podaje 'available fresh water' a wymiary kuli sugerują, że nie wchodzi w nią woda uwięziona w lodowcach czy też podziemna. Kula o średnicy 160 km ma objętość około 2 145 280 km³ (4,19 x 80³). Podziękowania dla Michała Łaszczyka za uwagi).

Duża kula, to całkowita ilość wody ziemskiej, malutka, z prawej strony, to woda słodka
(rys. Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institute)

Większość wody słodkiej w stanie płynnym znajduje się pod ziemią - jest to około 8.4 mln km³. Znacznie więcej wody zamrożonej jest w lądolodach Antarktydy i Grenlandii - 29.2 mln km³.

12900 km³ wody występuje w atmosferze w postaci pary wodnej. Gdyby nagle cała ta para wodna skropliła się i spadła na Ziemię, to ulewa ta pokryłaby powierzchnię lądów ok. 3 cm warstwą wody. Do atmosfery każdego dnia odparowuje jej ok. 1170 km³.

We wspomnianej na wstępie kuli łącznie mieści się 1386 milionów km³ wody. To bardzo dużo litrów - 1 386 000 000 000 000 000 000. Liczba jest na tyle abstrakcyjna, że nic nie mówi. Z bardziej obrazowych porównań, i to w amerykańskim stylu, można sobie wyobrazić Ziemię wielkości piłki do koszykówki. Wtedy cała woda na Ziemi będzie wielkości piłki do ping-ponga, a słodka woda wielkości ziarna kukurydzy. Na koniec warto zajrzeć do poniższej tabeli - bardzo pouczająca lektura.

Ile wody jest na Ziemi - udział procentowy

Źródło wody	Objętość w km3	Udział %
Oceany i morza	1,338,000,000	96.54
Lodowce	24,064,000	1.74
Wody podziemne	23,400,000	1.69
- słodkie	10,530,000	0.76
- słone	12,870,000	0.93
Para wodna w glebie	16,500	0.001
Wieczna zmarzlina	300,000	0.022
Jeziora	176,400	0.013
- słodkie	91,000	0.007
- słone	85,400	0.007
Atmosfera	12,900	0.001
Bagna	11,470	0.0008
Rzeki	2,120	0.0002
Woda w organizmach	1,120	0.0001

Źródła:

fot. w nagłówku: jjjohn CC-BY-SA (flickr.com)

Czytaj więcej

Kokolitofory - mali bohaterowie mórz i oceanów

Ostatnio sporo miejsca poświęca się CO₂. Już chyba nawet dzieci w przedszkolu wiedzą, że jest to gaz cieplarniany i że jego stężenie w atmosferze znacznie wzrosło w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Ekolodzy alarmują, że grozi nam globalne ocieplenie, a duże stężenie CO₂ w wodzie morskiej rozpuszcza wapienne szkielety koralowców, którym grozi zagłada. Jednak w tej wizji apokalipsy prawie wcale nie przedstawia się innych mieszkańców mórz i oceanów, którzy pełnią kluczową rolę (nie boję się tego słowa) w obiegu węgla w przyrodzie. Kokolitofory (Coccolithophores), bo o nich mowa, to tajemnicze morskie żyjątka, które wpływają na klimat na Ziemi bardziej niż Wam się wydaje. Kokolitofory w procesie fotosyntezy wychwytują dwutlenek węgla, ale jednocześnie w procesie biologicznego wytrącania węglanu wapnia uwalniają CO₂. To balansowanie pomiędzy wychwytywaniem a uwalnianiem ditlenku węgla jest częścią biologicznej pompy węgla. Ponieważ odbywa się to na olbrzymią skalę w oceanach, jest jednym z podstawowych czynników regulujących obieg CO₂, i węgla w ogólności, w przyrodzie.
Kokolitofory należą do samożywnych (autotroficznych) organizmów jednokomórkowych, które wymykają się popularnej taksonomii. Przyjęło się nazywać je glonami wapiennymi lub złotowiciowcami. Ale tak naprawdę nie należą do roślin. Różni je od nich typ chlorofilu. Rośliny mają zasadniczo chlorofil a i b, zaś kokolitofory a oraz c. Ponadto nie są zabarwione zielonym chloroplastem, lecz żółtawo-brązowawym barwnikiem zwanym fukoksantyną. Tego nie znajdziecie na wikipedii, więc dodam, że oprócz dwóch wici mają jeszcze jedną, tajemniczą antenkę zwaną haptonema.

Schemat budowy kokolitofora, widać dwie wici i haptonemę oraz chloroplast zabarwiony fukoksantyną. Te czarne ząbki na zewnątrz (ang. base plate scale) to kokolity budujące kokosferę (rys. Bown 1998)

Ponieważ są to organizmy jednokomórkowe, to na tym podstawowym poziomie złożoności, przyjęło się organizmy dzielić na Unikonta - te z jedną wicią; Bikonta - z dwiema wiciami; i Heterokonta - czyli dwie wici i  antenka (haptonema).

Jeśli nie możecie się odnaleźć w tym schemacie, to pomyślcie o ludzkim plemniku. Ma tylko jedną witkę. Czyli naszym dalekim przodkiem był jednokomórkowiec z grupy Unikonta. Do tej grupy należą też grzyby oraz takie tam amebowate i pokrewne.
Grupa Bikonta (nie mylić z popularnymi dziennikarzami) to wszelkiego rodzaju rośliny, otwornice, promienice itp.
A owe Heterkonta, to właśnie nasze kokolitofory, które podobnie do innych Heterokonta mają ten brązowawy barwnik, więc nazwano je hurtem Chromista. Z natury są więc kolorowe i ci z Was, którzy byli nad morzem pewnie widzieli na plaży brązowawe wodorosty. One też należą do Chromista, to brunatnice, a najpopularniejszy nad Bałtykiem to oczywiście morszczyn. W sumie do Heterokonta zalicza się w tej chwili ponad 100 tys gatunków, w tym znane z lekcji biologii okrzemki.

Morszczyn pęcherzykowaty (Fucus vesiculosus) na plaży. Chromist, nie roślina
(fot.  Stemonitis CC-BY-SA)

Zakładam, że już wiecie, w jakiej grupie są kokolitofory. Mają one jednak jeszcze jedną wyjątkową cechę. Ich komórki otaczają się wapiennym szkielecikiem. Komórka jest mniej więcej kulista, a szkielecik składa się z okrągłych tarcz stykających się ze sobą w ten sposób, że szczelnie pokrywają komórkę. Taka osłonka to kokosfera, a pojedyncza tarcza to kokolit. Wszystko to są maleństwa, bo kokolit ma od 2 do 20-30 mikrometrów. Gołym okiem tego nie widać. Jest to tak małe, że do badań używa się albo mikroskopów skanningowych, albo optycznych o powiększeniach rzędu x1000.

Zakwit kokolitoforów na Morzu Barentsa.
Widać zmętnienie wody pokrywające setki km kwadratowych  (fot.  NASA)

Jednak w tych małych organizmach jest ogromna siła. One sezonowo zakwitają, tzn. kiedy temperatura, nasłonecznienie i składniki odżywcze osiągną pewien próg zaspokojenia potrzeb kokolitoforów zaczyna się szaleńczy podział komórek i w krótkim czasie woda oceaniczna zamienia się w mleko na obszarze nawet kilkuset km². Najlepiej widać to na zdjęciach satelitarnych. Współcześnie takim najpopularniejszym gatunkiem kokolitofora jest Emiliania huxleyi. Badania nad zakwitami tego gatunku pomogą nam zrozumieć co tak naprawdę dzieje się w oceanach. Dlaczego?

Nasza bohaterka Emiliania huxleyi widziana pod mikroskopem skanningowym. Widać całą kokosferę złożoną z tarczowatych kokolitów zachodzących na siebie (fot.  Alison R. Taylor CC-BY)

Kokolitofory są jednym z głównych producentów biomasy w oceanach. Jako organizmy samożywne stoją na początku łańcucha pokarmowego, więc to od nich zależy co się będzie działo dalej z rozwojem kolejnych drapieżników, na rekinach, wielorybach i człowieku skończywszy. Jako autotrofy pochłaniają CO₂ i tu możemy im przyklasnąć, ale jako organizmy biokalcyfikujące (wytrącające węglan wapnia - CaCO₃) już nas martwią. Tzn. głównie interesuje nas jak wygląda różnica pomiędzy wychwytywaniem a wydalaniem CO₂ przez kokolitory, czyli wspomniany już balans. Pamiętajmy też, że kiedy kokolitofor umiera (więdnie?) na dno oceanu dostają się ogromne ilości węgla pogrzebane w osadzie jako biomasa oraz wapienny osad. Zatem cykl życiowy kokolitoforów jest jednym z głównych czynników wpływających na obieg węgla w przyrodzie. Mówiąc inaczej, rozwój kokolitoforów w strefie fotycznej powoduje redukcję CO₂ przy powierzchni wody i wchłanianie CO₂ z atmosfery w mechanizmie organicznej pompy węgla - węgiel ląduje na dnie oceanu w postaci mułu wapiennego oraz materii organicznej.

Inny, popularny współczesny gatunek kokolitofora Coccolithus pelagicus
(fot. Richard Lampit & Jeremy Young CC-BY-SA)

Niestety, ta fajna cecha wiązania węgla jest rozmemłana przez odwrotny proces - uwalnianie dwutlenku węgla podczas wytwarzania węglanu wapnia. W tym procesie jony HCO₃ i Ca₂ łączą się w CaCO₃ i uwalniają CO₂ jako resztę :( I tu jest pies pogrzebany. Całe wysiłki badaczy są obecnie skierowane na obserwacje, w jaki sposób kokolitofory radzą sobie z balansowaniem pomiędzy wzrastającą zawartością CO₂ w atmosferze, zakwaszaniem oceanów itp.

Inny przykład zakwitu kokolitofor u wybrzeży Alaski. Widać skalę zjawiska i można sobie wyobrazić jak powierzchnia Morza Beringa zasysa dwutlenek węgla z atmosfery (fot. NASA)

Swego czasu uważało się, że kalcyfikacja i uwalnianie CO₂ do wody morskiej powoduje jej zakwaszanie przez kokolitofory, ale okazuje się, że w wodach o dużym stężeniu CO₂ kokolitofory (Emiliania huxleyi) radzą sobie lepiej. Przypomina to sytuację z końca mezozoiku, skąd pochodzą największe pokłady osadów wapiennych złożonych głównie z kokolitów. Wszelkie przesłanki wskazują na to, że mieliśmy wtedy do czynienia z 'greenhousem' i bardzo dużym stężeniem CO₂ w atmosferze. Do tego należy jeszcze dodać, że ta mleczna woda oceaniczna, działa podobnie jak czapa lodowa. Zwiększa albedo Ziemi. Nie jest to do końca potwierdzone, ale może się okazać, że istnieje zależność pomiędzy wzrostem temperatury a produkcją kokolitofor. Im cieplej tym mniejsze czapy lodowe, ale większa produkcja węglanu wapnia w oceanach, pogrzebanie węgla i równoważenie albedo.

Trochę przypomina to "Daisy World" Lovelocka, ale być może coś jest na rzeczy. W każdym razie, ja bardzo proszę wszystkich klimatologów! Nie zapominajcie o kokolitoforach.

ps. nie chce mi się tutaj podpierać literaturą, bo jest sobota i 23:17 cyknęła, ale jak ktoś będzie bardzo chciał, to mogę podesłać. Z takich staroci mogę polecić książkę Hansa Thiersteina & Jeremy'iego Younga (eds.), 2004. Coccolithophore from Molecular Processes to Global Impact. 565 pp. Springer. ISBN 3-540-21928-5

pps. i nie chce mi się dzisiaj być SEO i linkować w tekście (szczególnie w leadzie i na końcu i interlinkować). Nie chce mi się wymyślać headów i keywordsów boldować itd (coś tam wyboldowałem, bo tekst długi i nudny). A tak w ogóle, to uważam, że SEO to śmierć internetu. I mam w nosie bota gugli. niech sobie jeździ po mnie :) [edit] to była ironia i zrzymanie się na pozycjonowanie, które zabija istotę przekazu.

Źródła:
Beaufort L, Probert I, de Garidel-Thoron T, Bendif EM, Ruiz-Pino D, Metzl N, Goyet C, Buchet N, Coupel P, Grelaud M, Rost B, Rickaby RE, & de Vargas C (2011). Sensitivity of coccolithophores to carbonate chemistry and ocean acidification. Nature, 476 (7358), 80-3 PMID: 21814280


Richier, S., Fiorini, S., Kerros, M., von Dassow, P., & Gattuso, J. (2010). Response of the calcifying coccolithophore Emiliania huxleyi to low pH/high pCO2: from physiology to molecular level Marine Biology, 158 (3), 551-560 DOI: 10.1007/s00227-010-1580-8

Fot. w nagłówku: Gephyrocapsa oceanica podkolorowana przez Richarda Bartsa (CC-BY-SA)

Czytaj więcej

Rosjanie potwierdzili - Vostok osiągnięty

Parę dni temu razem z redaktorami Nature zastanawialiśmy się czy rosyjskie wiercenie w stacji antarktycznej Vostok dotarło do lustra podlodowcowego jeziora Vostok (tutaj). I oto mamy potwierdzenie wcześniejszych anonsów, tym razem pochodzące nie z anonimowych źródeł, ale ze strony Arktyczno Antarktycznego Instytutu Naukowo Badawczego z Sankt Peterburga.
Komunikat datowany na 8 lutego 2012 roku stwierdza, że 5 lutego 2012 o godz. 20:25 czasu moskiewskiego członkowie 57 zespołu Rosyjskiej Ekspedycji Antarktycznej osiągnęli lustro wód jeziora podlodowcowego Vostok.
Dzień wcześniej, 4 lutego, wiercenie natrafiło na wodną soczewkę na głębokości 3766 m, która przez niektóre media została obwieszczona jako kontakt z jeziorem. W rzeczywistości, taflę jeziora osiągnięto następnego dnia, wspomnianego już 5 lutego, na głębokości 3769.3 m. Czujniki odnotowały wtedy gwałtowny skok ciśnienia. Nastąpiło coś, co wcześniej przewidywano i testowano już w 2000 r. Woda z jeziora Vostok wdarła się pod ciśnieniem do otworu wiertniczego 30-40 metrów powyżej dna otworu, wypychając specjalnie opracowaną płuczkę* o gęstości mniejszej od wody, na zewnątrz otworu.

Rosjanie twierdzą, że było tej płuczki 1500 litrów, co zabezpieczyli, a woda z jeziora Vostok, która wdarła się do otworu zamarzła na dnie odwiertu. Cała sytuacja którą napotkali w praktyce, potwierdziła co do joty wcześniejsze, teoretyczne przewidywania. 24 lutego członkowie 57 ekspedycji powrócą do Sankt Peterburga i należy oczekiwać kolejnych szczegółów. A następna odsłona wiercenia już pod koniec roku, kiedy badacze powrócą na stację Vostok.
__________________________________________
*) w oryginale napisali "drilling fluid" albo "буровая жидкость"


Źródła:

Na zdjęciu członkowie 57 ekspedycji antarktycznej tuż po dowierceniu się do tafli jeziora Vostok z tablicą upamiętniającą głębokość odwiertu.

tekst i fot. Arktyczno i Antarktyczny Instytut Naukowo-Badawczy http://www.aari.nw.ru/main.php?id=1&sub=0&prms=idnew:865

Czytaj więcej

Bałtyk jest coraz płytszy

W dobie globalnego ocieplenia, przyzwyczailiśmy się, że poziom morza stale się podnosi. Topią się lądolody Grenlandii, rozmarza wieczna zmarzlina na północy Kanady, topią się górskie lodowce. Cała ta woda spływa do morza (jak wiadomo), więc ogólnym, spodziewanym trendem jest podnoszenie się poziomu morza. Od wielu lat prowadzi się pomiary średniego poziomu morza w wielu miejscach na Ziemi. Potrzebne jest to chociażby do ustalania poziomu odniesienia dla prac geodezyjnych (niwelacyjnych). Obecnie w Polsce stosuje się głównie poziom odniesienia Kronsztad (od nazwy wyspy u ujścia Newy koło Sankt Petersburga w Rosji). Inny poziom odniesienia, np. Triest (miasto na pograniczu włosko-słoweńskim), to ponad 40 cm różnicy w średnim poziomie morza.
Nie trzeba mieć wielkiej wyboraźni, by stwierdzić, że skoro globalnie poziom morza się podnosi z powodu wspomnianego na wstępie ocieplenia, to i nasz poziom odniesienia będzie się zmieniał. Aby być na bieżąco z poziomem odniesienia można przeglądać w internecie witrynę Permanent Serivce for Mean Sea Level (PSMSL). W zakładce 'Products' tejże witryny znajdujemy 'Derived Trends → Relative Sea Level Trends' i przystępujemy do intelektualnej konsumpcji.


Ponieważ wchodzę na stronę PSMSL z Polski, więc od razu widzę przed sobą mapę wybrzeży Bałtyku i zachodnich wybrzeży Europy (patrz poniżej). Uwagę przykuwają niebieskie strzałki skierowane w dół, które otaczają Bałtyk. Oznaczają one, że poziom wody w Bałtyku spada w tempie nawet do 4 mm rocznie. Szczególnie w rejonie Zatoki Botnickiej.

W tym samym czasie np. na wybrzeżach Holandii i Belgii obserwujemy odwrotny trend, poziom morza podnosi się do 4 mm na rok. Zresztą, pomniejszając mapkę, tak, aby objąć także Amerykę, zauważymy, że Bałtyk jest tu wyjątkiem.

Jak to wytłumaczyć? Sprawa wydaje się dość prosta. Taki trend odpływu wody z Bałtyku jest prawdopodobnie związany z podnoszeniem się tarczy bałtyckiej. Jest to efekt zrzucenia ze Skandynawii ciężaru pokrywy lodowca ostatniego zlodowacenia czyli izostatyczne podnoszenie tarczy bałtyckiej. Pionowe ruchy wynoszące tarczę rejestrowane były już od dawna, ale ostatnio ten trend jakby nieco się nasilił. Informacje na ten temat znajdziemy w kolejnej zakładce PSMSL 'Training & Information → Geophysical Signals'. Warto prześledzić mapkę przewidywań wynoszenia lądów uwolnionych od pokrywy lodowej ('GIA → Further Information and Predictions').

Ze wspomnianej strony PSMSL można także ściągnąć plik .kml i otworzyć go w Google Earth, żeby zobaczyć dane pomiarowe ze stacji rejestrujących. Niestety, nie znalazłem danych dla Kronsztadu. Ciekawe, co na to nasi rodzimi geodeci? Z braku Kronsztadu zamieściłem poniżej dane z Landsort w Szwecji z wyraźnie widocznym trendem spadkowym.

 Jak widać, nad wybrzeże bałtyckie będziemy mieć coraz dalej z każdym rokiem. Ale za to coraz szersze plaże.

Źródła:
1.Permanent Service for Mean Sea Level www.psmsl.org
2. Zdjęcie w nagłówku: Arkone CC-ASA-2.5 Generic License

Czytaj więcej

Skąd się wzięły ziemskie oceany?

Bez wody nie byłoby życia na Ziemi. Wydaje się nawet, że woda jest jednym z koniecznych składników do podtrzymywania życia gdziekolwiek we Wszechświecie. Skąd jednak woda wzięła się na Ziemi? Jak dotąd nie dano jasnej odpowiedzi.

Do tej pory uważano, że woda została przyniesiona na Ziemię w postaci tzw. suchego lodu towarzyszącego kometom na etapie wczesnego formowania się Układu Słonecznego. Ten etap nazywa się etapem wielkiego bombardowania, bowiem dochodziło wtedy do masowych kolizji różnych obiektów w świeżo utworzonym dysku protoplanetarnym. W efekcie kolizji z pyłu, poprzez planetzymale i protoplanety, powstały obecne planety, a liczba kolizji systematycznie malała. Pozostałością etapu tworzenia się planet w Układzie Słonecznym jest pas asteroid pomiędzy Marsem a Jowiszem, oraz tzw. pas Kuipera na zewnątrz Układu Słonecznego. Te pasy wciąż dostarczają niewielkich obiektów, które krążą pomiędzy planetami od czasu do czasu zderzając się z nimi.
Ta koncepcja pojawienia się wody na Ziemi była jednak czysto teoretyczna. Szukano dowodów, a najlepszym dowodem potwierdzającym tezę, jest obserwacja na żywo, stąd też poszukiwano na niebie obiektów przypominających nasz młody Układ Słoneczny. Uwagę swą skierowano na gwiazdy typu pomarańczonych karłów, ze względu na ich stabilność, sprawiającą, że tzw. eko-strefa wokół nich pozostaje niezmienna przez wiele milionów lat, poza tym są 10x częściej spotykane od Słónca.
Jednym z takich pomarańczowych karłów jest TW Hydrae (z gwiazdozbioru Hydry) oddalony od nas o 176 lat świetlnych. Ostatnie obserwacje pokazują, że wokół TW Hydrae występuje dysk protoplanetarny, z którego wyparowywuje woda.


Obserwacje prowadzone były z przez teleskop Kosmicznego Obserwatorium Herschela wyniesiony na orbitę przez Europejską Agencję Kosmiczną do prowadzenia obserwacji w zakresie dalekiej podczerwieni.
Teleskop ten zaobserwował w pobliżu TW Hydrae linie emisyjne odpowiadające parującej wodzie, i to w obu postaciach izomerowych wodoru, orto- i parawodoru, które wchodzą w skład cząsteczki wody. Ortowodór posiada oba protony o spinie skierowanym w tym samym kierunku, zaś parawodór protony o spinie skierowanym przeciwnie. W tzw. normalnych ziemskich warunkach, 3/4 wodoru to ortowodór.
Woda pochodzi z dysku planetarnego krążącego wokół pomarańczowego karła. Oszacowano, że ilość wody zawartej w dysku odpowiada masie kilkunastu tysięcy zasobów ziemskich oceanów.
Porównano również udział ortowody do parawody w stosunku do komet z Układu Słonecznego i okazało się, że w pobliżu TW Hydrae jest on znacznie niższy. Świadczyć to może o tym, że komety zbierają zróżnicowaną wodę w wewnętrznych częściach pierścienia protoplanetarnego w początkowej fazie tworzenia się układów planetarnych.

Uderzenie komety w protoplanetę w młodym układzie planetarnym - wizja artysty (NASA/JPL-Caltech)

Występowanie wody w wewnętrznych częściach dysku związane jest też z temperaturą. Musi być ona odpowiednia, aby woda mogła występować w stanie ciekłym lub pary wodnej. Szacuje się, że powyżej 3 jednostek astronomicznych (1 jednostka to odległość Ziemi od Słońca), woda występowuje tylko jako lód, stanowiąc rezerwuar wody dla planet położonych bliżej Słońca. W przypadku naszego Układu, może to być Pas Kuipera. W wewnętrznych częściach dysku, przy temperaturze powyżej 250 st. Kelvina (czyli powyżej -23 st C) sublimacja lodu do pary wodnej wiąże tlen w cząsteczkach wody.
Obserwacje TW Hydrae potwierdzone zostały niedawno przez teleskop Spitzera NASA, który zanotował deszcz komet wokół gwiazdy Eta Corvi, które uderzyły w skalną planetę. Z analizy widma wynika, że występują tam nanodiamenty, które tworzą się przy udziale węgla organicznego. Obserwacje te pokazują jak mógły wyglądać początki istnienia Układu Słonecznego.

Zatem woda na Ziemi pochodzi z nieba! A konkretnie, z początkowych etapów tworzenia się dysku protoplanetarnego z krążącej wokół młodej gwiazdy mgławicy pyłu.


Źródła:
1. Hogerheijde, M., Bergin, E., Brinch, C., Cleeves, L., Fogel, J., Blake, G., Dominik, C., Lis, D., Melnick, G., Neufeld, D., Panic, O., Pearson, J., Kristensen, L., Yildiz, U., & van Dishoeck, E. (2011). Detection of the Water Reservoir in a Forming Planetary System Science, 334 (6054), 338-340 DOI: 10.1126/science.1208931
2. NASA's Spitzer Detects Comet Storm in Nearby Solar System http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-322
3. TW Hydrae http://en.wikipedia.org/wiki/TW_Hydrae
4. Fot. w nagłówku: Kometa 17P/Holmes. Autor: Ivan Eder Wikimedia Commons 

Czytaj więcej

Woda a gaz łupkowy

Unia Europejska grozi Polsce karami za niedostosowanie gospodarki wodno-kanalizacyjnej do wymogów europejskich. Mamy czas do 2015 r. i już teraz wiadomo, że nie zdążymy, zabraknie funduszy. Z drugiej strony szykujemy się do wydobycia gazu łupkowego, a technologia jego pozyskania wymaga zabiegów szczelinowania skał i wpompowywania do otworu wiertniczego roztworu wodnego, który pomaga wypchnąć gaz z rozszczelinowanych łupków na powierzchnię. Będziemy zatem potrzebować wody, i to sporo. Obrońcy środowiska naturalnego wskazują na zagrożenia związane ze stosowaniem rakotwórczych dodatków do roztworu używanego do szczelinowania. Wszyscy chyba słyszeli, bądź oglądali film Josha Foxa "Gasland", gdzie wymienia się mnóstwo składników chemicznych rzekomo dodawanych do wody. Pora więc na wysłuchanie argumentów drugiej strony. Oto co na temat techniki szczelinowania łupków gazonośnych w Polsce twierdzi BNK Petroleum.

Czytaj więcej