środa, 26 czerwca 2013

Jak przetrwać na pustyni – strategie roślin i zwierząt

Pustynie to bardzo szczególne regiony naszej planety, gdzie opady są bardzo niewielkie i parowanie znacznie przewyższa sumę opadów. Woda jest więc tym, o co wszyscy walczą, zarówno rośliny, jak i zwierzęta. Oprócz tego tereny pustynne charakteryzują ogromne dobowe wahania temperatury – w ciągu dnia temperatura może dochodzić do 50 stopni, a w nocy spadać do zera. Jak przetrwać w takich warunkach?

Rośliny

Wbrew temu, co można by sądzić, z niewielkimi wyjątkami pustynie nie są pozbawione roślinności, chociaż jest ona skąpa. Rośliny sprytnie przystosowały się do niekorzystnych warunków. Niektóre z nich, tak zwane sukulenty, kiedy nadarza się okazja gromadzą w swoich tkankach wodę na zapas. Tego typu rośliny często hodowane są jako ozdobne rośliny doniczkowe, prawdopodobnie macie przedstawiciela sukulentów, inaczej gruboszowatych (nazywają się tak od grubych, zdolnych do gromadzenia wody liści) w domu, np. agawę, aloes, czy kaktus. Sukulenty charakteryzuje też płytkie ukorzenienie, które służy temu, aby roślina mogła szybko i efektywnie wchłonąć powierzchniową wodę, kiedy pada deszcz.


Aloes, fot. Stan Shebs

Sklerofity, zwane też suchoroślami, mają rozbudowany system korzeniowy, a w komórkach wytwarzają dużą siłę ssącą. Dzięki temu mogą pobrać duże ilości wody z dużej głębokości gleby lub szczelin skalnych. Oprócz tego w okresach suchych zmniejszają czynne parowanie wody (transpirację) ze swoich naziemnych części.

Inną strategią, przyjmowaną przez rośliny, zwane terofitami, jest przeczekanie niekorzystnych warunków. Rośliny te okres suszy spędzają w uśpieniu, w postaci nasion szybko kiełkujących po deszczu w przypadku roślin jednorocznych, lub w postaci podziemnych bulw, cebulek czy kłączy, w przypadku roślin wieloletnich.

Zwierzęta

Wiele pustynnych zwierząt znalazło sposób na panujące w ciągu dnia upały – prowadzą nocny tryb życia, w ciągu dnia chroniąc się przed skwarem w jamach i norach, a w nocy wyruszając na łowy. Panujące nocą niskie temperatury powodują, że na roślinach może pojawić się rosa, więc zjedzenie ich przez roślinożerne zwierzęta dostarcza im nie tylko pokarmu, ale również wody.

Ciekawym przykładem nocnego zwierzęcia zamieszkującego rejony pustynne jest drapieżnik z rodziny psowatych – fenek (Vulpes zerda). Wyróżnia go ciekawa cecha: nieproporcjonalnie duże uszy, dzięki którym ssak efektywnie chłodzi ciało. Oprócz tego podeszwy jego nóg są owłosione, fenek może więc poruszać się bezboleśnie po rozgrzanym piasku.


Fenek, fot. su neko



Innym ciekawym ssakiem, którego słusznie kojarzymy z pustynią, jest wielbłąd. Na grzbiecie ma jeden lub dwa garby, w których magazynuje tłuszcz – nawet do 45 kg! Ta warstwa tłuszczu pozwala przetrwać wielbłądowi bez wody, stanowi bowiem izolator, który w połączeniu z grubą i gęstą sierścią, ułatwia termoregulację organizmu, zmniejszając w ten sposób ilość wody traconej podczas pocenia się. Oprócz tego powierzchnia dróg nosowych wielbłąda zbudowana jest tak, aby zwierzę mogło wchłaniać parę wodną z wydychanego powietrza. Nic się nie może zmarnować!

Jednym z mechanizmów, pozwalających im przetrwać, nosi nazwę anabiozy czy inaczej śmierci pozornej. Polega na niemal całkowitym obniżeniu aktywności życiowej organizmu w niekorzystnym okresie i powrocie to normalnej aktywności po jego zakończeniu.

Podobnie jak rośliny, zwierzęta też wypracowały sposoby na wchłonięcie wody, jeśli ją napotkają. Chrząszcze z z rodziny czarnuchowatych (Tenebrionidae) i jaszczurki moloch kolczasty (Moloch horridus) i krągłogłówka uszasta (Phrynocephalus mystaceus) pobierają wodę spływającą z ich własnych ciał.

Na pewno byliście kiedyś na piaszczystej plaży i wiecie, jak ciężko chodzi się po takim podłożu. Niektóre gatunki zwierząt zamieszkujących piaszczyste pustynie znalazły na to sposób. Wielbłądy, antylopa oryks, skoczki pustynne, niektóre jaszczurki, a nawet niektóre owady przystosowały swoje odnóża tak, aby nie zapadać się piasku.

Są też zwierzęta, których organizmy są odporne na stały niedobór wody i wysokie temperatury. Pokrywające ciało owadów chitynowe pancerze chronią je przed utratą wodny, podobnie działają też rogowe łuski u gadów. Owady, gady i ptaki bardzo bronią się przed utratą wody. Nie siusiają, za to zbędne produkty przemiany materii wydalają w postaci stałej, jako kwas moczowy.

poniedziałek, 24 czerwca 2013

Cenne znaleziska - o minerałach.

O diamentach, szlachetnej odmianie węgla już pisaliśmy. Nie brakuje jednak na Ziemi innych rzadkich kamieni, którymi warto się zainteresować. Nie tak łatwo je znaleźć, jeśli jednak się to uda nagrodą jest oglądanie prawdziwych cudów natury.
  
Marmur jest chyba jedną z najbardziej znanych skał mineralnych. Powszechnie używany od czasów starożytnych jest symbolem szlachetności. Służył jako tworzywo rzeźb i budowli, zawsze jako budulec szlachetny. Przyjmuje różne koloru w zależności od domieszki różnych substancji - od białej do zielonej, przy udziale miedzi, po czerwoną. Ta ostatnia była wykorzystywana do budowy rzymskiego Panteonu. Słynny Tadż Mahal zbudowany jest z białego marmuru.


  
Kryształy również budzą podziw. Sam kryształ górski, czyli bezbarwna odmiana kwarcu był od wieków otaczany szacunkiem i zainteresowaniem - wykorzystywany między innymi jako kamień magiczny przez szamanów. Oprócz niego w przyrodzie występują piękne, tworzące regularne, sześcienne kształty piryty, rombowe baryty czy ciemnozielone kryształy wezuwianu. Dla oceny kryształu podstawowe są kryteria krystalograficzne, czyli te związane z układem jego ścian. Często kryształy pozostają połączone ze sobą (w układzie bliźniaczym) co utrudnia ich opis.

Piryt. Autor: DidierDescouens
Za kamienie szlachetne uważamy minerały rzadkie i niezwykle odporne na ścieranie. Poza diamentem uznaniem u jubilerów i wielbicieli biżuterii cieszy się beryl, którego odmianą jest szmaragd i akwamaryna. Jest to wydobywany od czasów starożytnych kamień szlachetny o pięknej, zielonej barwie. Kolory berylu wynikają z zanieczyszczeń i mogą też być żółte lub zielonkawe (heliodor) czy różowe (morganit). Rubin jest natomiast odmianą bazbarwnego korundu, podobnie jak równie sławny szafir. Te pierwsze tworzą płaskie kryształy, drugie są beczułkowate. Opal natomiast potrafi przybierać różnorodne barwy, od białej, przez mleczną po czarną czy czerwoną, zwaną ognistą. Słowo "opalizować" pochodzi właśnie od tego, jak mieni się ten kamień - barwami tęczy.


Do znanych od wieków kamieni szlachetnych należy też turkus, od którego nazwy wywiodła się nazwa koloru. Charakterystyczna barwa to ślad miedzi i żelaza. Wydobywany był w starożytnej Persji oraz przez Azteków, ceniony za swój szlachetny kolor. Wypolerowany agat natomiast przedstawia nam bajeczne wzory, powstałe podczas wypełniania struktury kamienia przez substancje agatową.

Agat. Autor: CrimeaGems  
Inna klasą znalezisk są te, które przyleciały do nas z kosmosu. Co roku spada ich na Ziemię około 19 tysięcy, zazwyczaj bardzo małych, o wadze do 100 gramów. Co ciekawe potrafią one przenosić... wodę. Być może w ten sposób dostała się ona na naszą planetę? Typowy meteoryt nosi ślady przejścia przez atmosferę, przez to posiada ciemną, szklistą skorupę. Częstsze są meteoryty kamienne, rzadsze żelazne powstałe na skutek rozpadu jądra planetoidy.

piątek, 21 czerwca 2013

Dlaczego samolot lata?

Przyzwyczailiśmy się do widoku samolotów przecinających niebo. Jak to jednak się dzieje, że olbrzymie maszyny unoszą się w powietrzu? Można to wyjaśnić dzięki prawom aerodynamiki, nauki o ruchach gazów, czyli w przypadku maszyn latających – powietrza. Aerodynamika lotnicza za przedmiot swoich badań objęła właśnie to, jak można przemieszczać się w przestworzach.


autor: Ronnie Macdonald
Najważniejsze dla uniesienia się w powietrze jest zapewnienie samolotowi siły nośnej. Dają ją skrzydła, których płaty są skonstruowane tak, aby powietrze przepływające nad skrzydłem przepływało szybciej niż to przepływające pod skrzydłem. Sprawia to, że ciśnienie wywierane na dolną część skrzydła jest większe unosząc samolot w górę. Statki powietrzne potrafią radzić sobie za pomocą siły nośnej bez użycia silnika. Wystarczy popatrzeć na szybowce, które nie tylko latają, ale wykonują długie przeloty i skomplikowane akrobacje.

Dla samolotu jednak podstawowe jest wytworzenie ciągu, do którego silnik jest niezbędny. Dzięki temu potrafi się on unosić w powietrzu zupełnie samodzielnie, w przeciwieństwie do szybowca, któremu należy dopiero nadać pęd. Samolot posiadając własne źródło siły ciągu wytwarzanej przez śmigło lub silnik odrzutowy osiąga też większe prędkości niż szybowiec. Dzięki temu może mieć krótsze skrzydła.

Sterowanie samolotem opiera się na zasadach aerodynamiki, czyli wpływu gazu na ciała stałe. Gazem jest tutaj powietrze, a jego wpływ jest wyraźnie widoczny dla każdego, kto kiedyś obserwował pracę pilota. Wystarczy lekki ruch drążkiem sterowniczym, aby zmienić tor lotu statku powietrznego. Nie działają tu żadne dodatkowe, sterujące silniki – wystarczy manipulacja przepływem powietrza. O wszystkim decyduje ustawienie lotek, steru i steru wysokości.

Istnieją różne modele układu skrzydeł samolotów. Najbardziej znany układ klasyczny znamy wszyscy, chociażby z obserwacji samolotów akrobacyjnych na pokazach lotniczych. Istnieje jednak też wykorzystywany w wahadłowcach i myśliwcach układ delta, układ kaczki czy latające skrzydło. Na podstawie tego ostatniego modelu zaprojektowany został niewykrywalny przez radary bombowiec F-117.

W nieco inny sposób działa śmigłowiec. Tu siłę nośną wytwarzają szybko obracający się wirnik, którego ustawienie decyduje też o kierunku lotu. Śmigłowce od czasu powstania pierwszych, w pełni sprawnych egzemplarzy w 1941 roku, są niezwykle użyteczne głównie ze względu na możliwość lądowania pionowego. Dzięki temu możliwa jest na przykład pomoc ofiarom wypadków w górach, gdzie tradycyjny samolot nie ma możliwości wylądować. Co ciekawe, główny wirnik śmigłowca “nie poradziłby sobie” bez pomocy niepozornego, małego śmigła na ogonie statku powietrznego. To dzięki niemu śmigłowiec nie obraca się w sposób niekontrolowany, lecz utrzymuje stabilność.

środa, 19 czerwca 2013

Groźne wulkany

Ogień wydobywający się z wnętrza Ziemi zawsze przerażał ludzi. Wulkanów, bo o nich mowa, rzeczywiście należy się bać, chociaż dzięki współczesnej nauce coraz łatwiej przewidzieć ich zachowania. Wiemy z dużą pewnością, które z nich są niebezpieczne, a które spokojnie śpią i nie trzeba się ich w najbliższym czasie obawiać.

Czym jest wulkan?

Stała powierzchnia Ziemi, wraz z płytami tektonicznymi jest bardzo cienka w porównaniu do tego, co znajduje się pod nią – płaszcza, zewnętrznego i wewnętrznego jądra. Sam płaszcz jest rozgrzaną do białości, gęstą skałą, jądro zewnętrzne zbudowane jest z płynnego metalu, a wewnętrzne z litego. Pod powierzchnią Ziemi panują olbrzymie temperatury – większe niż 1500 °C. Nic dziwnego, że ta potężna energia czasem znajduje ujście, przebijając się przez litosferę (czyli zewnętrzną warstwę naszej planety). Magma – stopione skały zapełniające kieszenie magmowe w płaszczy Ziemi – prze ku górze, wypływając w postaci lawy poprzez wulkany.


Częstotliwość występowania wulkanów ma związek z ukształtowaniem zewnętrznych warstw skorupy ziemskiej. Jest ona podzielona na płyty tektoniczne, które stykają się ze sobą. Tam, gdzie to się dzieje mamy do czynienia ze zwiększoną aktywnością geologiczną. Oznacza to większe prawdopodobieństwo występowania wulkanów i trzęsień ziemi. Do szczególnie aktywnych geologicznie rejonów naszej planety można zaliczyć Hawaje, Islandię czy Japonię. 

Wielkie eksplozje

Wulkany budzą przerażenie ogromem zniszczeń, jakie powodują. W historii zapisał się, między innymi katastrofalny w skutkach wybuch wulkanu Wezuwiusza niedaleko Neapolu. Pogrzebał on w 79 roku naszej ery dwa rzymskie miasta – Pompeje i Herkulanum. Do dzisiaj trwają pracę wykopaliskowe, które dokumentują tę tragedię. Bardziej współczesnym i mniej tragicznym w skutkach był potężny wybuch stanowiącej część Gór Kaskadowych w USA góry St. Helen. Trwająca dziewięć godzin eksplozja wyniosła miliony ton popiołu na wysokość 22 kilometrów. Otaczające go lasy dosłownie zrównał z ziemią.


Pył, bomby i tsunami

Co właściwie się dzieje, gdy wybucha wulkan? Dlaczego są tak wielkim zagrożeniem? Podczas wybuchu z wulkanu wydobywają się ogromne ilości popiołu, które opadając na ziemię, utrudniają lub wręcz uniemożliwiają oddychanie, oraz niszczą plony. Płyną również potoki lawy, powodując pożary. Gazy wulkaniczne, takie jak dwutlenek węgla są niezwykle szkodliwe dla człowieka, także dlatego, iż niewyczuwalne. Z kolei tak zwany materiał piroklastyczny, czyli ciała stałe wyrzucane podczas erupcji stanowią bezpośrednie zagrożenie uderzeniem. To między innymi bomby wulkaniczne, wielkości piłki tenisowej i większe. Powstają z zakrzepłej lawy i mają różnorodne kształty w zależności od temperatury, w jakiej się formowały. Wybuchy podwodnych wulkanów potrafią powodować także tsunami, czyli olbrzymie fale oceaniczne, które napotykając ląd, powodują katastrofalne zniszczenia. Co ciekawe – wybuchowi wulkanu towarzyszą też pioruny. Dzieje się tak dlatego, iż cząsteczki lawy w chmurze popiołu wytwarzają elektryczność statyczną. Chociaż pioruny te nie zwiększają zagrożenia wulkanu dla człowieka, czynią erupcję jeszcze bardziej przerażającą.

foto.:Oliver Spalt (talk · contribs), http://www.artweise.de

Badanie wulkanów

Czy jesteśmy bezbronni wobec kapryśnej siły wulkanów? Dzięki postępowi nauki już nie. Wulkanolodzy na całym świecie monitorują wulkany, poznając cykle ich aktywności, tak, by móc przestrzec nas przed ewentualnym wybuchem. Pobierają oni próbki lawy i gazów oraz mierzą temperaturę wulkanu, ryzykując życiem (jest to jeden z najbardziej niebezpiecznych zawodów świata). Badaniem aktywności geologicznej Ziemi zajmuje się zaś sejsmologia, dzięki której dokonaniom potrafimy też przewidywać trzęsienia Ziemi. Każda dekada badań sprawia, że jesteśmy mniej zdani na kaprysy natury i więcej wiemy o naszej planecie.

poniedziałek, 17 czerwca 2013

W świecie chrząszczy

Chrząszcze to jedne z najbardziej rozpowszechnionych owadów na Ziemi. Trudno w to uwierzyć, ale stanowią aż 30 procent wszystkich zwierząt! Jest ich 350 tysięcy gatunków i można je spotkać praktycznie wszędzie. Warto zainteresować się światem chrząszczy, gdyż jest niezwykle różnorodny i ciekawy. Co więcej, chrząszcze mają bardzo istotny wpływ na ziemski ekosystem.

Narodziny chrząszcza

Chrząszcz swoje życie rozpoczyna jako larwa, wykluwająca się z jaj złożonych przez dorosłą samicę. Gdy larwa przestaje żerować i rosnąć przemienia się w poczwarkę, która po jakimś czasie przeobraża się w dorosłego chrząszcza. Taki proces nazywamy przeobrażeniem zupełnym. Dorosły chrząszcz ma już wszystkie cechy charakterystyczne dla swojego rzędu owadów: żuwaczki, czułki, głaszczki, skrzydła czy charakterystyczne pokrywy skrzydeł. Te ostatnie, odchylane na czas lotu nie tylko chronią skrzydła, ale także służą chrząszczowi do kierowania.

Różnorodny świat chrząszczy


Do żukowatych należy na przykład żuk leśny i bycznik, który potrafi budować tunele aż 1,5 metrowej głębokości, gdzie gromadzi odchody zajęcy czy owiec. Poświętnikowate reprezentuje chrabąszcz majowy, którego wieczorne loty można obserwować w maju i czerwcu (łatwo usłyszeć jego charakterystyczne buczenie). W grupie chrząszczy majkowatych ciekawy sposób na przetrwanie znalazły larwy oleicy krówki, które osiadają na kwiatach, czekając, aż nadleci dzika pszczoła. Przyczepiając się do niej, wędrują do gniazda, gdzie zjadają pszczele jaja, a następnie pyłek i nektar. Nie zagrażają one jednak pszczołom miodnym, gdyż giną w ulu.

Żuk leśny, fot.: Sanja565658

Czy chcemy tego, czy nie, możemy natknąć się na należącego do grupy różnostopych mącznika młynarka, który upodobał sobie produkty zbożowe. Jego larwy wykorzystywane są też jako pokarm dla zwierząt owadożernych. Zdecydowanie sympatyczniejsze są chrząszcze biedronkowate ze znaną każdemu „bożą krówką” - biedronką siedmiokropką. Ten pożyteczny owad żywi się mszycami, należącymi do pluskwiaków szkodnikami upraw. Każdy też słyszał, a przy odrobinie szczęścia też widział kusakowatego świetlika świętojańskiego, który posiadł umiejętność bioluminescencji, czyli świecenia. Samice świetlików zapalają swoje światła po zapadnięciu zmroku, aby wabić samców.

Biedronka siedmiokropka

Chrząszcze żyją także w wodzie. Są to pływakowate i kałużnicowate. Jeden z największych, pływak żółtobrzeżek, żywi się larwami owadów, kijankami i padliną. Drapieżne są także chrząszcze biegaczowate i biegacze.

Pływak żółtobrzeżek, fot.: Holger Gröschl


Efektownym chrząszczem jest należący do jelonkowatych jelonek rogacz, wyposażony w efektowne żuwaczki przypominające poroże. Służą mu one do walk o samicę i o pokarm, którego, mimo groźnego wyglądu nie zdobywa sam. Potrafi jedynie spijać sok drzew, ale dopiero wtedy, gdy samica swoimi silnymi żuwaczkami nadgryzie korę. Zwabia wtedy samca na ucztę, a jeśli zachęcony zostanie więcej niż jeden, zwycięża silniejszy. Samiec jelonka rogacza, mimo iż tak niesamodzielny, jest największym żyjącym w Polsce chrząszczem.

Jelonek rogacz


Z kolei kornikowate, których w Polsce żyje 140 gatunków, żyją w drewnie lub pod korą drzew. Jeśli kiedyś będziecie w drewnianym domu, możecie usłyszeć ich charakterystyczne chrobotanie. Pośród kornikowatych najgroźniejszym szkodnikiem jest kornik drukarz, który często odpowiada za obumieranie świerków, czasem nawet całych drzewostanów. Drąży on w drzewie tunel oraz komorę godową, do której przywabia samice za pomocą feromonów, czyli specjalnych substancji zapachowych. Samice również nie dają świerkowi spokoju i same mozolnie budują własne tunele, by potem złożyć 30-60 jaj, z których wylęgają się larwy. Te oczywiście też drążą, co kończy się dla drzewa śmiercią.

Tunele kornika drukarza, fot.: Ji-Elle


Nielubiany za to przez rolników jest należący do stonkowatych chrząszcz, który żeruje na uprawach ziemniaków. To oczywiście stonka ziemniaczana, która przywędrowała do Europy z Ameryki Północnej w XIX wieku. Raz wytępiona pojawiła się jednak ponownie w latach dwudziestych ubiegłego wieku, by do Polski dotrzeć 1946 roku. Gdy chrząszcz ten pojawia się masowo, potrafi zniszczyć całą uprawę ziemniaka.

Stonka ziemniaczana

piątek, 14 czerwca 2013

Czarne dziury

Ogólna teoria względności zakłada, że musi istnieć obiekt o tak dużej masie, że nawet światło nie będzie miało wystarczającej prędkości, by opuścić jego pole grawitacyjne. Oznacza to, że przed czarną dziurą nie ucieknie też żadna materia, ponieważ przekroczenie prędkości światła jest niemożliwe. Chociaż istnieje teoria zakładająca powolną utratę masy przez czarną dziurę, to podstawowe jej działanie pozostaje niezmienne – jest to wielki, kosmiczny odkurzacz, który wsysa wszystko, co się do niego zbliży.

Jak powstaje czarna dziura

Kiedy kończy się życie gwiazdy, jej centrum zaczyna się kurczyć pod wpływem własnej grawitacji. Powstaje granica przyszłej czarnej dziury nazywana horyzontem zdarzeń. Wtedy jeszcze istnieje ucieczka przed zasysającą siłą kurczącej się gwiazdy, ale by się wydostać, materia musi poruszać się z prędkością światła. Wraz z dalszym zapadaniem się centrum gwiazdy staje się ono wreszcie mniejsze niż horyzont zdarzeń, by przeistoczyć się ostatecznie w nieskończenie mały punkt o nieskończenie wielkiej gęstości. Otaczający go horyzont zdarzeń wyznacza granicę, po której przekroczeniu, przed olbrzymią grawitacją czarnej dziury nie ma już ucieczki.

Artystyczne wyobrażenie czarnej dziury

Nie każda gwiazda jest skazana na przeobrażenie się w czarną dziurę. Dotyczy to tych, które zakończą swój żywot wybuchem, zwanym supernową. To niezwykłe zjawisko zachodzi gdy w gwieździe przestają zachodzić reakcje termojądrowe i zaczyna się ona zapadać pod własnym ciężarem. Ma również miejsce, kiedy typ gwiazdy zwany białym karłem pobierze odpowiednią ilość energii z sąsiadującej gwiazdy i wybuchnie. By powstała czarna dziura masa centrum gwiazdy musi być jednak trzykrotnie większa niż masa Słońca. Czarne dziury powstają też w centrach galaktyk, prawdopodobnie w wyniku zapadnięcia się gwiazd, kwazarów (rodzaju aktywnej galaktyki) lub obłoków gazowych.

Obserwowanie czarnych dziur

Abyśmy mogli coś zobaczyć, musi do naszych oczu dotrzeć światło wytworzone lub odbite przez dany obiekt. Jak obserwować coś, co „połyka” całe światło? Samej czarnej dziury oczywiście nie widzimy, ale dostrzec możemy efekty działania jej pola grawitacyjnego. Takim zjawiskiem jest dysk akrecyjny, czyli wirująca wokół czarnej dziury materia, która ma bardzo wysoką temperaturę i przed przekroczeniem horyzontu zdarzeń emituje promieniowanie rentgenowskie. Jak przypuszczają naukowcy, niektóre dyski akrecyjne potrafią być naprawdę gigantyczne. Podejrzewa się, że często centra galaktyk tworzą olbrzymie czarne dziury, a ich dyski mogą mieć szerokość milionów lat świetlnych. Także nasza galaktyka, Droga Mleczna posiada w swoim centrum czarną dziurę o masie 2,6 milionów masy Słońca.

Galaktyka NGC 4621, której centrum to najprawdopodobniej wielka czarna dziura


Parujące czarne dziury

Wydaje się, że czarna dziura, ze względu na siłę grawitacji, nie może tracić masy. Według teorii słynnego fizyka Stephena Hawkinga, jest inaczej. Wykorzystując ogólną teorię względności i mechanikę kwantową (czyli fizykę bardzo małych cząstek) fizyk doszedł do wniosku, że czarne dziury emitują promieniowanie. Oznacza to, że nie „przybierają na wadze” w nieskończoność, ale z czasem na wadze tracą. Zjawisko to zostało nazwane parowaniem i mogłoby zostać udowodnione, gdyby sprawdziła się teoria, że bardzo małe cząstki promieniowania kosmicznego tworzą mikro czarne dziury, które od razu parują. Na razie jednak nie udało się potwierdzić tych przypuszczeń. W każdym razie „pełnowymiarowe” czarne dziury mają tak wielką masę, że proces ich parowania trwałby niezwykle długo, prawdopodobnie dłużej niż trwa Wszechświat.

środa, 12 czerwca 2013

Tajemnice dna oceanu

Co kryją morskie głębiny? Mimo że obraz dna oceanów można oglądać już nawet na popularnych mapach Google, to nadal pozostają one tajemnicze. Dowiadujemy się o nich jednak coraz więcej, także dzięki takim ekspedycjom jak ta Jamesa Camerona, twórcy filmu Avatar, który w jednoosobowej łodzi podwodnej Deepsea Challenger eksplorował Rów Mariański, schodząc na głębokość jedenastu kilometrów. A więc, jakie są tajemnice okolic dna oceanu?

Oglądając filmy dokumentalne pokazujące płytkie wody, na przykład rafy koralowe, wydawać się nam może, że morska woda jest przejrzysta i ocean rozświetla przyjemne, błękitne światło. Tak jednak jest tylko na mniejszych głębokościach. Od 80 do 400 metrów pod powierzchnią oceanu, w tak zwanej strefie półcienia, gdzie dociera znacznie mniej światła, widać już niewiele. Jeszcze głębiej, w strefie afotycznej, panuje całkowita ciemność. Oznacza to, że nie może tam zachodzić fotosynteza, czyli proces zamiany przez rośliny światła w energię.

Za dno oceanu uważamy dno basenu oceanicznego, czyli strefy leżącej poniżej szelfu kontynentalnego (czyli części kontynentu zalanej płytszym morzem). Dno znajduje się na głębokości poniżej 2000 metrów pod wodą i w większości jest płaskie. Jak jednak możemy zobaczyć na wykonanych za pomocą sonarów mapach, istnieją tam też grzbiety oceaniczne. Występują one przy strefie ryftowej – miejscu gdzie skorupa ziemska pęka i wydobywa się zastygająca od razu lawa. Na dnie oceanu spotkać też można pozostałości podwodnych wulkanów – stołowe góry zwane gujot. Dno przerywają też rowy oceaniczne, powstałe na skutek wsuwania się jednej płyty oceanicznej pod drugą. Właśnie najgłębszy z nich, Rów Mariański, badał James Cameron.




Warunki do życia przy dnie oceanu są bardzo trudne. Temperatura jest tam bliska 0°C, a ciśnienie na głębokości 3000 metrów wynosi już 300kg/centymetr kwadratowy. Adaptacja organizmów do życia w tym środowisku polega często na umiejętności widzenia w warunkach, które my uznalibyśmy za całkowitą ciemność. Niektóre z głębinowych stworzeń wykorzystują zjawisko bioluminescencji, czyli, po prostu, wytwarza światło. Służy to wabieniu zdobyczy, rozpoznaniu przedstawiciela własnego gatunku, znalezienia samca lub samicy. Mieszkańcy głębin przystosowani są również do olbrzymiego ciśnienia, równoważąc jest wewnętrznym ciśnieniem płynów tkanek ciała. 


 
Melanocetus johnsonii


Jeszcze ciekawsze formy życia istnieją przy kominach hydrotermalnych. Są to struktury położone na dnie oceanu, które wydzielają gorącą wodę oraz gazy wulkaniczne. Mimo, wydawałoby się, niesprzyjających dla życia warunków, jakie panują przy głębinowych wylewach lawy i ekstremalnie gorącej wody, wokół kominów tworzą się rozbudowane ekosystemy, podwodne strefy pełne żywych stworzeń. Możemy tam znaleźć małże, ślimaki, kraby czy wieloszczety (rodzaj pierścienic, podobnie jak dżdżownice). Podstawą ich jadłospisu są niezwykłe bakterie, z których niektóre potrafią żyć w gorącej wodzie wydobywającej się z kominów. Przeprowadzają one proces chemosyntezy, wytwarzając substancje organiczne, wykorzystując bogatą w siarczki wodę.


Komin hydrotermalny


Bakterie żyjące przy kominach hydrotermalnych, w całkowitej ciemności i niezwykle wysokich temperaturach, zalicza się do tak zwanych ekstremofili, czyli organizmów, które są w stanie funkcjonować w skrajnych warunkach. Ich odkrycie na Ziemi sprawiło, że... zaczęliśmy inaczej myśleć o życiu poza nią. Naukowcy spekulują o możliwości istnienia kominów hydrotermalnych przy dnie oceanu na skutej lodem Europie, księżycu Jowisza. Jeśli energia podwodnych źródeł potrafi stworzyć i utrzymać ekosystem na Ziemi, to bardzo prawdopodobne, że dzieje się tak i poza nią. Możliwe, że życie to będzie bardzo proste, ograniczone do prymitywnych, bakterii-ekstremofili. Na eksploracje głębin innych oceanów niż ziemskie musimy jednak jeszcze poczekać.

piątek, 7 czerwca 2013

Antyczne zegary - jak kiedyś mierzono czas

W obecnych czasach zegar towarzyszy nam na każdym kroku. Mamy go w telefonie komórkowym, komputerze, widzimy go na dworcu, przystanku tramwajowym i ulicy. Ciągle towarzyszy nam regularnie odmierzany czas. Przyjmujemy sekundy, minuty i godziny za coś oczywistego. Tymczasem nie zawsze tak było – człowiek dopiero musiał się nauczyć, jak mierzyć czas. I nie było to łatwe zadanie.

Cień mierzy czas

Pierwsze próby odmierzania czasu wykorzystywały ruch słońca. W starożytnym Egipcie, Babilonie czy Chinach budowano duże, słoneczne zegary umiejscowione na placach publicznych. W ich centrum ustawiony był tak zwany gnomon, czyli wskazówka, której cień pokazywał położenie Słońca. Mógł nią być dowolny pręt wbity w ziemię. Możecie sami w słoneczny dzień, na przykład podczas wylegiwania się na plaży, sprawdzić jak to działa. Jeśli wbijecie w piasek patyk i narysujecie kreskę na linii cienia, który rzuca, zobaczycie, że po pewnym czasie cień będzie już w innym miejscu. W ten sposób, przesuwając się po narysowanych na ziemi znakach, pokazuje, jaka jest pora dnia. Co ciekawe taki zegar może działać nawet w nocy, jako tak zwany zegar księżycowy, pod warunkiem, że nasz satelita świeci akurat mocnym blaskiem.


 
Zegar słoneczny niestety nie jest idealnie precyzyjny, przynajmniej w naszym rozumieniu precyzji. Ziemia obraca się wokół własnej osi ruchem jednostajnym, natomiast wokół słońca ruchem niejednostajnym, ze względu na eliptyczny kształt naszej orbity (czyli nie kolisty, a „jajowaty”). Przez to, zależnie od pory roku, doba trwa raz dłużej raz krócej. Zegar słoneczny spóźnia się też lub spieszy w stosunku do naszych zegarków w zależności od długości geograficznej (czyli położenia na kuli ziemskiej na linii wschód-zachód).

Na czym polega „precyzja” naszych zegarków? Stosujemy umowny czas uśredniony. Ziemia została podzielona na strefy czasowe, z których każda ma szerokość 15 stopni długości geograficznej i oznacza przesunięcie czasu lokalnego o godzinę. Układ stref oparty jest na średnim czasie słonecznym dla danej lokalizacji. A więc czy jesteśmy aż tak precyzyjni? Gdybyśmy chcieli naprawdę wiedzieć, która jest godzina, musielibyśmy przestawiać zegarek podczas każdej podróży na wschód lub zachód (na przykład co 50 kilometrów). Na szczęście pomysł stref czasowych chroni nas przed tą uciążliwością.

Problemy z klepsydrą

Jednym z pierwszych zegarów była prosta klepsydra, w której czas był mierzony na podstawie obserwacji poziomu wody w naczyniu, z którego ona wyciekała. Naczynia te w czasach starożytnych były często pięknie malowane i niewątpliwie zdobiły domy, jednak ich precyzja pozostawiała wiele do życzenia. Główny problem z zegarem wodnym polegał na tym, że gdy naczynie było pełne, woda wyciekała z niego szybko. Działo się tak ze względu na duże ciśnienie, które wtłaczało wodę do otworu. Z każdą chwilą jednak wody ubywało i malało ciśnienie. Przez to jej poziom zmniejszał się coraz wolniej i przez to wolniej płynął czas...


fot.: G.dallorto

Problem ten próbowano rozwiązać za pomocą genialnego w swej prostocie rozwiązania. Postanowiono mierzyć nie upływ wody, lecz jej napływ do naczynia poniżej. Dbano jednocześnie o to, by naczynie, z którego woda wypływa, pozostawała wciąż pełne. Aby to osiągnąć, wystarczył jeszcze jeden zbiornik z wodą. Zegar taki był już znacznie bardziej precyzyjny i pozwalał trafniej oceniać upływ czasu, na przykład podczas przemów w demokratycznych Atenach. Chociaż właściwie trzeba powiedzieć, że klepsydrze było bliżej do naszego stopera niż do prawdziwego zegara. Czas tych miał dopiero nadejść wraz z zaawansowaną mechaniką.

czwartek, 6 czerwca 2013

Od czego zależy życie na Ziemi

Naukowcy wciąż odkrywają nowe planety krążące wokół odległych gwiazd. Pośród nich Ziemia nadal jednak pozostaje wyjątkowa – jako jedyna stwarza warunki dla istnienia złożonego życia. Według hipotezy rzadkiej Ziemi, taki stan rzeczy wynika z potrzeby zaistnienia równocześnie bardzo wielu czynników, aby uczynić planetę przyjazną dla organizmów żywych innych niż proste bakterie. Te zresztą może odnajdziemy nawet w naszym Układzie Słonecznym, na przykład na księżycu Jowisza Europie. Być może jednak trudno będzie nam znaleźć we Wszechświecie bardziej skomplikowane organizmy, podobne do tych, które zamieszkują Ziemię (przynajmniej w najbliższym czasie).

Życiodajna katastrofa


Obecnie większość naukowców uważa, że Księżyc powstał ze zderzenia Ziemi z planetą wielkości Marsa. Katastrofa ta sprawiła, że wokół Ziemi utworzył się pierścień materii, który z czasem zmienił się w naszego satelitę. Ziemia pochłonęła również część masy planety, z którą się zderzyła, znacząco zwiększając własną masę. Sprawiło to, że jej grawitacja stała się na tyle silna, by „utrzymać” tworzącą się atmosferę. A atmosfera to nie tylko niezbędne do życia powietrze, zjawiska pogodowe, ale także ochrona przed emitowanym przez Słońce promieniowaniem ultrafioletowym oraz uderzeniami meteoroidów.

fot.: JPL/ NASA Planetary Photojournal

Ze względu na to, w jaki sposób powstał Księżyc, jest on wyjątkowo duży i ma przez to olbrzymi wpływ na Ziemię. To Księżyc odpowiada za przypływy i odpływy i reguluje pory roku. Bez niego nie powstawałyby na naszej planecie tak ważne na początku kształtowania się życia baseny pływowe, czyli zbiorniki wodne odseparowane od morza jedynie w czasie odpływu. Nasz klimat byłby też wyjątkowo ostry i niestabilny. Księżyc zapewnia Ziemi równowagę, która jest niezwykle ważna dla istnienia złożonego życia.

To właściwe Słońce

Czując ciepło słoneczne na twarzy, zdajemy sobie sprawę, że bez naszej gwiazdy życie na Ziemi nie byłoby możliwe. Okazuje się jednak, że jest tak nawet bardziej, niż nam się wydaje. Słońce to gwiazda wyjątkowa – odpowiedniej wielkości. Gdyby było większe, wypaliłoby się zbyt szybko, aby na naszej planecie zdążyło powstać życie. Potrzeba było na to przecież miliardów, nie milionów lat. Gdyby Słońce zaś było mniejsze, musielibyśmy krążyć na bardzo bliskiej orbicie, by otrzymać od niego dość energii. Wtedy Ziemia, ze względu na siłę grawitacji, byłaby do swojej gwiazdy zwrócona zawsze jedną stroną, która by była niezwykle gorąca, podczas gdy druga pozostawała w wiecznym mrozie.

fot.: NASA/European Space Agency

Słońce daje nam życie, ale dzieje się tak tylko dlatego, że krążymy od niego w odpowiedniej odległości. Gdybyśmy byli bliżej, panowałyby u nas warunki, w których woda od razu by wyparowała – jak na Wenus. Dalej – byłoby zbyt zimno, jak na Marsie. W Układzie Słonecznym istnieje wąska strefa życia, w której mamy szczęście się znajdować.

Jowisz obrońca

Aby zdążyło rozwinąć się życie, planeta musi być w miarę bezpieczna. W przestrzeni kosmicznej porusza się wiele niebezpiecznych obiektów takich jak duże meteoroidy, planetoidy czy komety. Gdyby regularnie uderzały w naszą planetę, stałaby się ona miejscem wyjątkowo niegościnnym dla stworzeń chcących ją zamieszkiwać. Wystarczy przypomnieć sobie, dlaczego wyginęły dinozaury – najprawdopodobniej właśnie przez upadek kosmicznego obiektu.  

fot.: NASA

I tutaj Ziemia znowu znajduje się we właściwym położeniu, mając za swojego obrońcę planetę-giganta. Jowisz jest dwa i pół raza większy od wszystkich pozostałych planet Układu Słonecznego i trzysta razy większy od Ziemi. Ze względu na swoją niezwykłą masę posiada olbrzymie pole grawitacyjne, które przyciąga obiekty mogące zagrozić naszej planecie. Gdyby nie Jowisz śmiertelnie groźne, kosmiczne zderzenie groziłoby nam co 10000 lat.  Na szczęście nie ma się czego bać – ta gigantyczna, gazowa planeta na pewno pozostanie na swojej orbicie jeszcze bardzo długo...

środa, 5 czerwca 2013

Mała myszka i echolokacja

Wszyscy go znamy, oto nietoperz:



Trzeba przyznać, że wygląda nieco jak latająca mysz. W istocie to stworzenie ma więcej wspólnego ze współczesną ryjówką. Tak czy inaczej, jest niezwykłym pomysłem ewolucji – jedynym aktywnie latającym (czyli nie tylko szybującym) ssakiem.

Po co te skrzydła?

Latać – to dosyć nietypowa ambicja dla małego, nadrzewnego ssaka, od którego pochodzi nietoperz. Powód takiego wyboru musiał być szczególny. Okazała się nim chęć zdobycia pożywienia. Dzięki skrzydłom mógł łatwiej polować na latające owady.

Jak to się w ogóle stało, że u tego małego ssaka pojawiły się skrzydła? Przodek nietoperza łowiąc przelatujące owady, wykształcił u siebie z czasem błonę służącą do ich łapania. Później prosta droga prowadziła do powstania pierwszych skrzydeł, na których początkowo przemieszczał się w powietrzu lotem ślizgowym, jak współczesna latająca wiewiórka (kto wie, jakie te mają ambicje, może też kiedyś polecą jak nietoperze?). Z czasem powstało pełnowartościowe skrzydło, które pozwoliło nietoperzowi na aktywny lot.

Jak się okazało, latanie miało też swoje gorsze strony. Pochłaniało niezwykle dużo energii – nietoperz w ciągu doby musiał się mniej więcej dwadzieścia razy bardziej zmęczyć niż podobnej wielkości ssak naziemny. Prowadziło to do chorób i przedwczesnego starzenia, na które jednak ewolucja znów znalazła sposób. Nietoperze wykształciły u siebie niezwykle odporny układ immunologiczny (czyli odpornościowy), który pomógł im zmagać się z niezwykle męczącym trybem życia. Dzięki temu dzisiaj te zwierzęta potrafią przenosić najgroźniejsze na świecie choroby... nie chorując na nie! Dla naukowców to niezwykła szansa na poznanie mechanizmów immunologicznych tak byśmy i my nauczyli się ochrony przed groźnymi wirusami.

Jak szybko latać w nocy

Nie jest tak łatwo poruszać się w ciemności i na nic nie wpaść, a tym bardziej w coś nie wlecieć. Nietoperze musiały jakoś rozwiązać ten problem. Tu pomogło im niezwykłe zjawisko echolokacji. Polega one na wykorzystywaniu dźwięku do określania swojego położenia i jak w przypadku nietoperzy, określaniu położenia zdobyczy. Latający ssak wysyła bardzo wysoki dźwięk, który odbija się od przeszkody czy smakowitego owada. Gdy trafia z powrotem do nietoperza, ten wie, jak daleko znajduje się obiekt, a nawet, z jaką prędkością się przemieszcza. To genialny wynalazek dla szybko latającego, nocnego stworzenia, prawda?

Echolokacja nie jest jedynie domeną nietoperzy. Korzysta z niej na przykład delfin czy niektóre ptaki, korzystamy z niej i my w naszej technologii sonaru. To urządzenie, wykorzystywane na przykład przez łodzie podwodne, pozwala na poruszanie się w morskich głębinach tylko za pomocą tego „dźwiękowego wzroku”.

Chrońmy nietoperze!

Ewolucja przodków nietoperzy w stworzenia latające okazała się dużym sukcesem. Rozpowszechniły się po całym świecie, w setkach gatunków. Teraz jednak, głównie za sprawą działalności człowieka należy im się szczególna ochrona. Wynika to między innymi z faktu, w jaki sposób bytują nietoperze. Aby się rozmnażać, tworzą one kolonie rozrodcze, korzystając z istniejących, zacienionych kryjówek. Im jest ich więcej, tym lepiej dla nietoperzy. Trzeba też pamiętać, że zimą nietoperze przebywają w stanie hibernacji, czyli zimowego snu. Budzenie latających ssaków stanowi dla nich duże zagrożenie, gdyż zwyczajnie zużywają więcej energii niż powinny i grozi im śmierć z głodu. Szanujmy zatem występujące u nas nietoperze, nie naruszając zimą ich spokoju w jaskiniach czy innych kryjówkach.

wtorek, 4 czerwca 2013

Tajemnice ludzkiego mózgu

Mózg to jeden z najbardziej niezwykłych organów ludzkiego ciała. Dzięki niemu czujemy, działamy i myślimy, to on zarządza procesami zachodzącymi w naszych organizmach. Jest rodzajem komputera, który przetwarza wszystkie informacje, docierające do nas z zewnątrz. Fascynuje naukowców, ponieważ poznać mózg, to też w dużej mierze zrozumieć człowieka.

Błyskające neurony

Ludzki mózg składa się z dwóch pofałdowanych półkul, które zbudowane są z kory mózgowej. Jej budulcem jest tkanka nerwowa. Składa się ona z neuronów i komórek glejowych. Te pierwsze przewodzą impulsy elektryczne i odpowiedzialne są za odbieranie, przekazywanie i reakcję na impulsy przychodzące z zewnątrz. Dzięki nim wiemy, że czegoś dotknęliśmy, poczujemy podmuch wiatru na twarzy i dotrze do nas dźwięk wypowiadanych słów. Abyśmy mogli od razu dostosować swoją reakcję do tych wydarzeń, wszystko musi odbywać się błyskawicznie i tak właśnie jest. Neurony przekazują informacje w tempie do stu milisekund (jedna milisekunda to jedna tysięczna sekundy). Dzieje się to poprzez połączenia synaptyczne, które niosą ładunek elektryczny. Neurony bezpośrednio się ze sobą nie stykają, przekazując sobie niezliczoną liczbę impulsów przez tysiące połączeń (każdy neuron może mieć nawet do dwudziestu tysięcy połączeń synaptycznych z innymi neuronami).



autor: MethoxyRoxy

Nowym odkryciem dotyczącym neuronów, które zaskoczyło naukowców, jest zdolność tych komórek do regeneracji. Wcześniej sądzono, że gdy zostaną uszkodzone czy zestarzeją się, to umierają bezpowrotnie. Z czasem w mózgu miało być ich coraz mniej i mniej. Tymczasem okazuje się, że w trakcie całego życia człowieka może zachodzić proces neurogenezy, czy tworzenia się nowych komórek w miejsce tych obumarłych. Tak zwana „neuroplastyczność” to także umiejętność neuronów do wytwarzania coraz to nowych połączeń. Okazuje się, że mózg bezpośrednio reaguje na to, jakie zadania damy mu do wykonania, rozwijając się w zależności od naszych potrzeb. Ucząc się i zachowując inną aktywność umysłową przez całe życie (nawet rozwiązując krzyżówki czy inne zadania logiczne!) możemy zupełnie realnie wpłynąć na to, jak nasz mózg jest zbudowany i przy tym skutecznie chronić nasz najważniejszy organ przed osłabieniem.

Tajemnicze komórki glejowe

Co ciekawe wiele wskazuje na to, że także komórki glejowe, mają znaczenie dla przetwarzania informacji w naszym mózgu. Naukowiec R. Douglas Fields w swojej książce Drugi mózg dowodzi, że te komórki, które dotychczas były uważane jedynie za „nerwowy klej” łączący przewodzące impulsy elektryczne neurony, są niezmiernie ważne.

Komórki glejowe nie przenoszą informacji za pomocą impulsów elektrycznych jak neurony. Komunikują się więc na tyle wolno, w ciągu sekund, a nawet minut, że nie są w stanie odpowiadać za reakcje odruchowe człowieka (takie jak odsunięcie ręki od gorącego przedmiotu, aby się nie oparzyć). Ich zadaniem najwyraźniej jednak jest panowanie nad dłuższymi procesami, regulując funkcjonowanie organizmu. Stanowią swego rodzaju bazę dla neuronów, łącząc je w sieci, ale też centrum porządkowania i „przekazywania dalej” wszystkich informacji odpowiedzialnych za to, jak działa nasze ciało. Mają niezwykłe właściwości – potrafią na przykład przesuwać się, tak by zbliżyć do uszkodzonego połączenia synaptycznego między neuronami i wyregulować transmisję. Są swego rodzaju „drugim mózgiem”, ale bezpośrednio splecionym z pierwszym, nieco mniej tajemniczym dla nas mózgiem neuronów.

Niewykluczone, że badania nad komórkami glejowymi będą miały olbrzymi znaczenie w medycynie, uzupełniając dotychczasową wiedzę na temat funkcjonowania mózgu. Jest to bowiem wciąż jeszcze słabo zbadany organ, kryjący wiele tajemnic.