czwartek, 26 czerwca 2008
Gdy tworzą się góry

Już w kilka razy pisaliśmy o trzęsieniach ziemi i o ruchach płyt tektonicznych. Nic w tym dziwnego, są to jedne z najpotężniejszych sił naturalnych, z jakimi ludzkość musi się zmagać. Trzęsienie ziemi w chińskiej prowincji Syczuan po raz kolejny uświadomiło nam, jak nieubłagana bywa przyroda. I jak bezradna jest ludzkość próbując trzęsienia ziemi przewidywać.

Płyta tektoniczna, na której leżą Indie, nieustępliwie wbija się w euroazjatycką płytę kontynentalną. To właśnie doprowadziło do wypiętrzenia się Himalajów. Ale na tym nie koniec: Himalaje naciskają na Wyżynę Tybetańską, która z kolei naciska na Kotlinę Syczuańską. Skały są tam bardzo twarde, nie ustępują, tworzy się tak zwany odwrotny uskok - zbudowana z miękkich skał płyta tektoniczna, nadjeżdżająca z prędkością kilku milimetrów na rok, wspina się na tą, która stawia jej opór. Ruch nie jest płynny, dochodzi do zakleszczenia się skał. Gdy zakumulowane naprężenie gwałtownie się uwolni, mamy trzęsienie ziemi.

Skutki i mechanizm trzęsienia ziemi w Syczuanie

Chińscy naukowcy doskonale to wiedzą. Aby lepiej poznać dynamikę ruchów tektonicznych, postanowili uważnie obserwować system uskoków w Syczuanie. Jak donosi najnowszy numer Science, uczeni z chińskiego Instytutu Geologii odkryli uskok, który przesuwa się o 10 mm na rok. Uznali go za najbardziej niebezpieczny i dwa lata temu obstawili wartą 6 milionów dolarów siecią 300 sejsmografów. Zgromadzili całe terabajty danych (którymi teraz nie chcą się podzielić z geologami z innych krajów, ale tu już ocieramy się o wielką politykę), ale pomylili się. Trzęsienie ziemi nastąpiło na innym uskoku, a Chińczycy, nie dość, że dysponując całym morzem danych, nie umieli go przewidzieć, to początkowo nawet źle oszacowali jego wielkość.

Trzęsienie ziemi z 12 maja miało natężenie 7.9 stopni w skali Richtera. Wyzwoliło energię równą energii 2000 bomb zrzuconych na Hiroszimę. W jego wyniku zginęło 70 000 osób, a półtora miliona straciło dach nad głową. Poziom gruntu wzdłuż uskoku podniósł się gdzieniegdzie nawet o 4 metry. Uczeni na całym świecie bezradnie rozkładają ręce: Cóż z tego, że oto widzimy, jak powstają nowe góry, cóż z tego, że rozumiemy dlaczego dochodzi do trzęsień ziemi, skoro wciąż nie umiemy ich przewidywać?

środa, 18 czerwca 2008
Wielkie zamieszanie

 

Ławice pływają w wodzie, ale też woda płynie poruszana przez ławice. Jest to zjawisko na zaskakująco wielką skalę. Drobne kryle potrafią zmieszać do wodę w oceanie do głębokości 100 m. Plemniki pływają stadami, wspólnie kierując przepływem płynu nasiennego. Nawet bakterie umieją razem wywołać wiry - dużo większe od rozmiaru pojedynczego mikroba.

Ławica centymetrowych kryli potrafi wzbudzić w wodzie wielometrowe turbulencje. Ruchy tych skorupiaków są ważnym elementem równowagi ekologicznej: powodują mieszanie wody nawet 1000 razy silniejsze niż w niezamieszkanych obszarach morza. W ten sposób do pozbawionych tlenu głębin dopływa napowietrzona woda i substancje odżywcze, pozwalając na rozwój życia.

Również plemniki nie pływają bezładnie, donosi wiodące pismo naukowe Science. Badane w laboratorium plemniki jeżowca tworzą wiry po około 10 sztuk, kręcące się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. W dodatku wiry układają się obok siebie w sześciokątny wzór! Poszczególne komórki spermy komunikują się ze sobą wyłącznie poprzez ruchy płynu nasiennego wytwarzane przez siebie i kolegów.

Fizycy od jakiegoś czasu lubią zajmować się ławicami i stadami. Lecz dotychczas mało kto badał poruszanie płynu przez ławicę. Badacze z USA w prestiżowym Physical Review Letters prezentują nowatorskie obliczenia, jak z mieszaniem zawiesin radzą sobie bakterie wyposażone w witki. Wiadomo, że takie mikroby poruszają się w kierunku większego stężenia pożywienia. Znany jest fakt, że mogą one kolektywnymi ruchami wywołać wiry w skali dużo większej niż rozmiar pojedynczej bakterii. Wiadomo też, że np. bakterie E. coli kręcąc witką w jedną stronę potrafią płynąć do przodu, a kręcąc w stronę przeciwną - mogą cofać się.

Wyniki rachunków wskazują, że pływające bakterie dramatycznie zwiększają mieszanie płynu. To może mieć ważne konsekwencje dla sposobu, w jaki komórki szukają pożywienia: samo płynięcie w jego kierunku powoduje jego rozpraszanie. Co ciekawe, pływanie przodem (gdy witka popycha jak śruba okrętowa) powoduje znacznie silniejsze mieszanie, niż pływanie tyłem (gdy witka ciągnie jak śmigło). Czyżby bakteriom szukającym pożywienia bardziej opłacało się pływać tyłem? A może - np. w ziarnistym środowisku w treści jelitowej - bardziej opłaca się im pływać przodem, by lepiej wymieszać jedzenie?

21:35, anuszka_ha3.agh.edu.pl , Aktualności
Link Komentarze (2) »
poniedziałek, 16 czerwca 2008
Kontynenty na twoim stole
Dryf kontynentówPłyty tektoniczne tworzące skorupę Ziemi pływają po oceanie gorącej magmy. Najnowsze badania sugerują, że kontynenty nie są biernymi pływakami, poddanymi działaniu potężnych prądów termicznych, ale że same modyfikują swój ruch.

Skorupa Ziemi składa się z kilkunastu płyt tektonicznych, pływających po powierzchni grubego na prawie trzy tysiące kilometrów płaszcza Ziemi, utworzonego z płynnej magmy. Podoceaniczne płyty są cienkie, natomiast te leżące pod kontynentami są znacznie grubsze. Ruch płyt tektonicznych odpowiedzialny jest za wędrówkę kontynentów i za większość trzęsień ziemi. Do niedawna przypuszczano, że ruch ten jest całkowicie przypadkowy. Geologów i geofizyków zastanawiało jednak dlaczego wszystkie kontynentalne płyty tektoniczne co mniej więcej 300 milionów lat spotykają się w jednym miejscu, tworząc superkontynent, który rozpada sie po kolejnych kilkudziesięciu milionach lat - dotychczasowa teoria nie umiała tego wyjaśnić.

Konwekcja Benarda-RayleighaEksperyment wykonany przez dwóch chińskich geofizyków pracujących w Nowym Jorku, którego wyniki zostaną opublikowane w Physical Review Letters, rzuca nowe światło na teorię ruchu płyt kontynentalnych. Jun Zhang i Bin Liu nalali do przezroczystego pojemnika mieszaninę wody i gliceryny. Pojemnik był podgrzewany od dołu i chłodzony od góry. Mieszanina zaczyna wówczas wykonywać ruchy konwekcyjne - warstwy cieplejsze, a więc lżejsze, unoszą się do góry, tam się ochładzają i opadają na dół. Ruch cieczy odbywa się na ogół w zamkniętych pętlach. Jest to to eksperyment prosty, można go wykonać nawet w przeciętnie wyposażonej pracowni. Można się z niego wiele dowiedzieć o ruchach cieczy, o turbulencji i o chaosie. Nowojorscy geofizycy dodali do eksperymentu coś jeszcze: kawałki plastiku, grające role "kontynetów". Okazało się, że "kontynenty" działały jak izolacja termiczna, blokując przepływ ciepła i zakłócając ruch cieczy. W rezultacie "kontynenty" gromadziły się w jednym miejscu tworząc "superkontynent". Po jakimś czasie chłodna ciecz opadała gwałtownie na dno zbiornika, odwracając kierunek przepływu w pętlach konwekcyjnych i doprowadzając do rozpadu "superkontynentu". Potem cały cykl zaczynał się od nowa.

Ziemskie kontynenty są więc grubą "kołderką", chroniącą wnętrze Ziemi przed utratą ciepła. Tym samym wpływają one jednak na mechanizm, który powoduje ich dryf.

piątek, 13 czerwca 2008
O trudnej sztuce bycia niewidzialnym
3500 kilometrów na godzinę 24 kilometry nad ziemią. Tajna misja szpiegowska nad ZSRR. To były czasy. Na razie nie wrócą, bo legendarnego SR-71 Blackbirda wycofano ze służby w 1999 roku. Samolot zaprojektowana jako maszynę słabo widoczną dla radaru. Jak to działa(ło)?
Blackbirda można podziwiać w Muzeum Lotnictwa w Seattle. Robi niesamowite wrażenie, ma ponad 30 metrów długości, 15 szerokości i wygląda kosmicznie
 
SR-71 Blackbird w Muzeum Lotnictwa w Seattle
(zdjęcia autora) 

Uwagę na zdjęciach zwracają płaskie kształty samolotu i zaostrzone krawędzie. Mają one redukować tzw. profil radarowy samolotu, czyli jak bardzo widać maszynę na radarze. O ile samolot pasażerski podobnych rozmiarów wygląda na radarze jak latająca stodoła, o tyle profil radarowy SR-71 Blackbird to mniej więcej drzwi od tej stodoły.
 
Aby odpowiedzieć sobie na pytanie jak zrobić samolot niewidzialny dla radaru, należy pierwsze się zastanowić jak działa radar. Urządzenie to emituje fale elektromagnetyczne, które następnie odbijają się od samolotu i są odbierane w detektorze. Cała sztuka polega teraz na takim doborze kształtu i materiałów z których zrobiony jest samolot, żeby do detektora dotarło jak najmniej odbitego od samolotu promieniowania. Jak widać na załączonych obrazkach sprzyjają temu ostre profile i płaske powierzchnie.
 
 
Radar namierzający zwykły samolot pasażerski
(www.howstuffworks.com)
 
 
Radar namierzający samolot stealth - większość sygnału jest rozpraszana "na bok"
(www.howstuffworks.com)
 
 
Konstruktorzy nie pomyśleli jednak o jednym: rozgrzany gaz z dysz silników napędzających samolot do zawrotnych prędkości jest silnie zjonizowany i doskonale odbija promienie radarów. Dlatego powracające z misji SR-71 były jednymi z jaśniejszych punktów na cywilnych radarach.
22:24, michal.heller , Jak to działa
Link Komentarze (5) »
poniedziałek, 09 czerwca 2008
Drogi Watsonie, dlaczego ten izolator nadprzewodzi?

Nauka to rzadko wyskakiwanie z wanny z okrzykiem „Eureka!”. Częściej jest jak kryminalne śledztwo, gdzie wyklucza się kolejne tropy. Są sprawcy, co bardzo mataczą: Metal, który powinien przewodzić prąd, okazuje się izolatorem. Potem ten izolator okazuje się... nadprzewodnikiem.

Atomy w krysztale mają miejsca parkingowe dla elektronów. Jedne miejsca są tańsze, inne droższe - kosztują mniej lub więcej energii. W izolatorze te tańsze są wszędzie zajęte, więc elektrony nie przeskakują między atomami, bo musiałyby za dużo zapłacić. W metalu prąd płynie, gdyż tanie miejsca parkingowe są wolne, więc elektrony prawie swobodnie podróżują po krysztale (prawie, bo drgające atomy rozpraszają je).

Kryształy zwane izolatorami Motta powinny być metalami - według teoretycznych obliczeń wielkości parkingów. Lecz doświadczenia pokazują, że nie przewodzą one prądu! Odkryto, dlaczego elektrony nie poruszają
się mimo wolnych miejsc parkingowych: ułożenie atomów sprawia, że elektrony odpychają się silniej niż zwykle i nie chcą ruszać się z miejsca.

Nieraz, gdy zabrać kilka elektronów z takiego izolatora, inne mogą już przeskakiwać na wolne miejsca i zaczyna on przewodzić jak metal. Czasem zaś elektrony zaczynają podróżować po krysztale bez oporu, ignorując rozpraszanie o drgające atomy! Izolator zamienia się w nadprzewodnik wysokotemperaturowy .

Niektóre izolatory Motta potrafią przewodzić i nadprzewodzić już po odebraniu paru elektronów, lecz inne - nie. Jaka jest różnica pomiędzy nimi? Znaleziono poszlakę: te, które nie potrafią - mają uporządkowanie orbitalne. Orbitale - chmury elektronowe wokół atomów - mają tam szczególnie sztywną strukturę. Czy to ona decyduje o braku przewodzenia prądu? Fizycy z UJ w prestiżowym piśmie Physical Review Letters wykluczyli ten ważny trop. Obliczyli, że gdyby chodziło tylko o uporządkowanie orbitalne, to kryształ i tak by przewodził. Wydaje się, że nie jest to również przyczyna braku nadprzewodnictwa, ale śledztwo trwa...

Niczego tutaj nie odkryto ani nie wytłumaczono, lecz wynik jest bardzo cenny: Pewna ścieżka poszukiwań nie prowadzi do celu. Krzysztof Wohlfeld, współautor, komentuje: "Tak wyglada współczesna nauka: kolejne grupy ludzi wynajdują coś małego i sukcesywnie zaczyna nam się wyłaniać całość. Ci ostatni w kolejce dostają Nobla..."

12:17, anuszka_ha3.agh.edu.pl , Aktualności
Link Komentarze (5) »
1 , 2 , 3 , 4 , 5 ... 11