poniedziałek, 30 września 2013

Superstruny - teoria wszystkiego?

Naukowcom od lat marzy się odkrycie teorii wszystkiego (w angielszczyźnie ukuto nawet na nią skrót TOE – theory of everything), która wyjaśniałaby w kilku prostych działaniach funkcjonowanie Wszechświata. Einstein po stworzeniu teorii względności sam wierzył, że zbliża się do tego celu. Pojawiła się jednak mechanika kwantowa, która, dotycząc co prawda bardzo małych cząstek, nie była do pogodzenia z obliczeniami wielkiego fizyka. Jakiś czas później na scenę wkroczyła nowa teoria, pretendująca do miana TOE – teoria, a raczej liczne teorie superstrun.

  
Teoria superstrun pojawiła się jako efekt badań nad kwarkami i leptonami. Są to cząstki elementarne, czyli podstawowe – niezwykle małe, które opisywane są przez mechanikę kwantową. Badacze doszli do wniosku, że kwarki nie muszą być cząsteczkami, ponieważ nigdy nie zaobserwowano ich w stanie swobodnym. Dużo bardziej przekonująca wydawała się koncepcja, że tworzone są one za pomocą drgań mikroskopijnych strun. Wyobraźcie sobie strunę gitary. W zależności od miejsca na gryfie, gdzie przyłożycie palec, wydaje ona po potrąceniu różne dźwięki. Podobnie superstruna – w zależności od częstotliwości drgań tworzyłaby ona różne cząstki elementarne – kwarki i leptony.

Superstruny wzbudziły entuzjazm tylu badaczy, gdyż dobrze wyjaśniały oddziaływania między mikroskopijnymi kwarkami. Teoria cechowała się też tak zwaną supersymetrią, co oznacza, że według niej każdej cząstce odpowiada inna cząstka (każda ma swojego partnera). Z teorii wynika również bezpośrednio teoria względności Einsteina, co uspójnia naszą wizję działania Wszechświata. Badacze, między innymi amerykański fizyk i popularyzator nauki Michio Kaku, badając superstruny, połączyli to wciąż hipotetyczne zjawisko z teorią pola, jedną z fundamentalnych dla fizyki (teoria pola leży u podstaw teorii elektromagnetyzmu).

Z teorią superstrun jest jednak jeden poważny problem – wciąż jest eksperymentalnie niesprawdzalna. Jednym z powodów jest ich rozmiar – są wprost niewiarygodnie małe. Średnica superstruny jest 100 trylionów mniejsza od protonu i żadne znane nam urządzenia nie są w stanie ich obserwować. Nie pomogą tu nawet akceleratory cząstek, czyli urządzenia, które przyśpieszają cząstki do bardzo dużych prędkości, by je ze sobą zderzać i w ten sposób badać ich właściwości. Jest zatem możliwe, że strun nigdy nie zobaczymy.

Kolejnym problem z teorią strun, szczególnie dla laików, jest to, że działa ona w dziesięciu lub dwudziestu sześciu wymiarach przestrzennych. Samo to wydaje się nie do pojęcia – przecież żyjemy w przestrzeni trójwymiarowej z jednym dodatkowym wymiarem czasowym, czego dowiódł Einstein. Jak możliwe jest istnienie aż tylu dodatkowych wymiarów i w jaki sposób fizycy wpadli na tak „kosmiczny” pomysł? Wynika to jedynie (i aż!) z obliczeń, również obecnie nie jest sprawdzalne. Jak pisał Michio Kaku „prawa natury upraszczają się, gdy zostają spójnie wyrażone w wyższych wymiarach”. Istnienie tej niezwykłej dla nas hiperprzestrzeni to efekt pogłębiania naszej wiedzy fizycznej i prób uspójniania istniejących już teorii. A jak takie dodatkowe wymiary miałyby wyglądać? Niektórzy fizycy sugerują, że są one „zwinięte” - tak małe, że nieobserwowalne. Czyli, podobnie jak struny zobaczymy je tylko w obliczeniach. Istnieją co prawda pomysły na eksperymentalne udowodnienie teorii superstrun, na przykład poprzez badania na stworzonych w warunkach laboratoryjnych mikroskopijnych czarnych dziurach, ale to jedynie pomysły na przyszłość. Na razie, elegancka teoria wszystkiego – teoria superstrun, pozostaje niesprawdzalna.

piątek, 27 września 2013

Dlaczego statek pływa?

Patrząc na olbrzymie kontenerowce czy wojskowe lotniskowce trudno uwierzyć, jak takie giganty potrafią utrzymać się na wodzie. Wiemy jednak, że nie tylko drewniane łódki czy lekkie kajaki są w stanie pływać. Jak to możliwe?
 

Gdy przedmiot znajduje się na wodzie, wypycha on ciecz, w której się znajduje wytwarzając podtrzymującą go siłę wyporu. Jest ona skierowana przeciwnie do siły ciążenia, czyli w górę. Jej wartość jest równa ciężarowi płynu wypartego przez dane ciało. Jeśli siła wyporu zrównoważy ciężar przedmiotu, może on utrzymać się na wodzie. Ta sama siła odpowiedzialna jest za unoszenie się balonów czy sterowców w powietrzu.

Istotne znaczenie ma tu także całkowita gęstość pływającego przedmiotu. Całkowita gęstość to całkowita masa podzielona przez całkowitą objętość dajmy na to statku. Gdy będzie mniejsza od gęstości wody, statek utrzyma się na wodzie. Ważny jest kształt pływającego przedmiotu. Nie bez powodu łodzie i statki są wydrążone – ich duża część zanurza się pod wodą. Dzięki temu zapewniają odpowiednią siłę wyporu i pływają. Wracając do kwestii gęstości – nie każdy rodzaj cechuje się identyczną gęstością. Słona i zimna woda na przykład mają większą gęstość niż woda słodka czy ciepła. Na bocznej części burty statków rysowane są odpowiednie linie mające ułatwić prawidłowe załadowanie statku, tak aby wiadomo było, jak zachowa się statek po wypłynięciu z portu o słodkiej wodzie na słone morze. Znaki te nazywane są Znakiem Plimsolla lub znakiem wolnej burty i umożliwiają bezpieczniejszą żeglugę dzięki uwzględnieniu zmieniających się okoliczności rejsu.
 

Znak wolnej burty

Gdy już statek znajdzie się na wodzie i zostanie prawidłowo załadowany musi jeszcze zacząć się poruszać. Służą do tego śruby okrętowe, które wprawiając wodę w ruch, wytwarzają silne podciśnienie. Śruby dużych statków są szerokie i zakrzywione. Dzięki swoim rozmiarom nie potrzebują wcale poruszać się szybko, aby nadać statkowi odpowiednią prędkość. Wprawiają w ruch na tyle dużą ilość wody, że wystarczy to do rejsu. Gdy działają, przesuwają wodę w tył statku, ta zaś odpycha łopatki śruby w przeciwnym kierunku. Razem z wytworzonym podciśnieniem tworzy efektywny system napędowy. 

Śruba okrętowa

Rozpędzonym statkiem trzeba kierować. Służy do tego ster, który ukierunkowuje wyrzucaną przez śrubę wodę. Wraz z tymi odchyleniami swój kierunek zmienia też sam statek. Dodatkową pomocą przy manewrowaniem statkiem, szczególnie przy małych prędkościach (na przykład przy cumowaniu) są silniki dziobowe. Są one umieszczane w przedniej części podstawy kadłuba statku. W zależności od tego, którego silnika się użyje, można odpowiednio ukierunkować dziób statku.

Na statkach montowane są także stabilizatory. Jest to rodzaj stateczników umieszczanych z boku kadłuba (tzw. stabilizatory czynne). Znacznie zmniejszają one kołysanie, gdy statek napotyka na wysokie fale. Kierują one strumień wody w górę lub w dół, często automatycznie reagując na sytuację na morzu. Często do ich działania używany jest żyroskop. Istnieją również tak zwane stabilizatory bierne, które wykorzystują przelewanie się wody pomiędzy częściami statku. Stosowane są jednak znacznie rzadziej.

wtorek, 24 września 2013

Zmysły zwierząt - słuch

Zwierzęta potrafią słyszeć od nas znacznie więcej, ale też i... znacznie mniej. Świat ich wrażeń słuchowych jest niezwykle zróżnicowany. Umiejętność odbierania dźwięków wykorzystują w celach godowych, podczas polowania czy też dla ochrony przed drapieżnikami.

W jeden z najdawniejszych typów ucha (jeśli można je tak już nazwać) są kanały boczne u ryb. Znajdująca się w nich płynna substancja odbiera pochodzące z otoczenia drgania, umożliwiając lepszą orientację w otaczającej rybę przestrzeni i pomagając w walce o przetrwanie. U płaszczki, która słyszy jedynie bardzo niskie dźwięki, kanały boczne spotykają się w miejscu, gdzie wykształciły się kamyczki błędnikowe, zwane też otolitami lub statolitami. Jest on elementem nie tylko zmysłu słuchu, ale i równowagi pozwalając zachować w otoczeniu odpowiednią pozycję.
 
Płaszczka rajokształtna

 Z czasem, po wyjściu pierwotnych ryb na ląd i ponownym powrocie do morza kamyczki błędnikowe ewoluowały. Wykorzystanie kosteczek słuchowych i pęcherzy pławnych pozwoliło na znaczne udoskonalenie zmysłu słuchu u ryb, zwiększając zakres odbieranych przez nie dźwięków. Stąd już prosta droga do współczesnego ucha ludzkiego wyposażonego w małżowinę uszną, służącej wzmacnianiu sygnałów dźwiękowych. W naszym narządzie słuchu dźwięk po przebyciu drogi z małżowiny trafia najpierw do błony bębenkowej, której drgania wprawiają dopiero w ruch kosteczki słuchowe – młoteczek, kowadełko i strzemiączko. Dalsza droga wiedzie do ucha wewnętrznego, które przetwarza słyszane dźwięki na składowe harmoniczne i impulsy nerwowe, by przekazań je od mózgu. Ucho wewnętrzne rejestruje również głośność odbieranych dźwięków.
 
Anatomia ludzkiego ucha
  
Wracając do świata innych niż człowiek zwierząt, niezwykle ciekawa jest ich zdolność do słyszenia tego, czego my nie jesteśmy w stanie wychwycić. Mowa o ultradźwiękach i infradźwiękach, czyli dźwiękach bardzo, wysokich lub bardzo niskich. Zakres słyszalnych przez człowieka częstotliwości to pomiędzy 16 – 20 000 Hz. Wszystkie dźwięki poniżej tego zakresu to infradźwięki słyszane na przykład przez słonie czy wieloryby i umożliwia im to porozumiewanie się na wielokilometrowe dystanse (nawet 20 kilometrów!). Dźwięki bardzo wysokie to infradźwięki, które wykorzystują na przykład nietoperze, ryjoskoczki czy fretki. Piski o częstotliwości około 50 kHz wydają z siebie także szczury, na przykład podczas odbywanych przez siebie walk. Ultradźwięki słyszalne są również przez koty, co służy im do skuteczniejszych polowań na myszy.
 

Szczur potrafi wydobywać z siebie piski o częstotliwości nawet 50 kHz! Zdjęcie: AlexK100

Zwierzęta wykorzystujące ultradźwięki potrafią też wykorzystywać je do tworzenia „map” otaczającego ich środowiska i skuteczniejszego polowania. Robią tak nietoperze, które nie tylko słyszą ultra wysokie piski, ale też potrafią je wydawać. Pomaga im to w lokalizowaniu zdobyczy. Podobnie zachowują się wyszukujące ławic krylu płetwale błękitne czy polujące na głowonogi kaszaloty. Pozwala im to na skuteczną lokalizację zdobyczy nawet na odległość dwóch kilometrów! „Mapy” swojego otoczenia z wykorzystaniem ultradźwięków potrafią wykonywać także delfiny i grindwale.

Płetwal błękitny

Jak się okazuje, na tym, czego pozornie (czyli z naszej perspektywy) nie słychać, oparte jest życie bardzo wielu zwierząt. Dla niektórych skuteczny zmysł słuchu to kwestia „być albo nie być”. Są jednak i takie, które żyją w świecie ciszy. To ośmiornice, których brak uszu chroni przed dźwiękami waleni. Dla większości zwierząt słuch jest jednak doskonałym narzędziem dla polowania, ostrzegania się przed drapieżnikami, a także wabienia partnera miłosnym śpiewem.

piątek, 20 września 2013

Neandertalczycy - nasi dawni kuzyni

Człowiek neandertalski to nasz bliski kuzyn, który wymarł około 24 500 lat temu. Pierwszy jego szkielet odkryto w 1856 w Niemczech. Początkowo uważano go za „wcześniejszą wersję” współczesnego człowieka, z czasem jednak okazało się, był on odgałęzieniem naszego gatunku, nie bardziej prymitywną wersją nas samych. Od czasu pierwszych odkryć naukowcy wciąż zadają sobie pytanie – jaki był nasz bliższy krewny, który pierwszy skolonizował Europę i z powodzeniem żył w niej przez ponad 200 tysięcy lat?

Rekonstrukcja grupy neandertalczyków w jaskini St. Michael na Gibraltarze. Zdjęcie: Yuliya S.
  
Neandertalczycy różnili się fizycznie od nas, czyli Homo Sapiens. Byli niżsi, krępi, a budowa ich szkieletu pozwalała na rozwinięcie bardzo silnych mięśni nóg, klatki piersiowej i ramion. Dawało im to dodatkowe możliwości w niesprzyjającym klimacie Europy, gdzie siła fizyczna i wytrzymałość była warunkiem przetrwania. Przy takiej budowie ciała neandertalczyk potrzebował też aż 3000 kalorii dziennie, które pozyskiwał z polowania na grubego zwierza. Trzeba pamiętać, że w okresie największego powodzenia człowieka neandertalskiego w Europie na kontynencie występowały liczne już wymarłe zwierzęta – jak nosorożce, mamuty czy nawet hipopotamy.

Z różnic fizycznych pomiędzy nami a neandertalczykami trzeba wymienić też inny kształt czaszki, z wysuniętą jej przednią częścią, masywną żuchwą i dużymi łukami brwiowymi. Podobnie jak wielu współczesnych Europejczyków byli też często blondynami o niebieskich oczach. Charakteryzowali się szerokimi nosami, które podczas mrozów pozwalały im skutecznie odprowadzać ciepło, co było bezpieczniejsze niż ochładzające ciało pocenie. Ich czaszka, której puszka mózgowa była większa niż u Homo Sapiens, była w porównaniu z naszą spłaszczona i wydłużona.

Neandertalczyków nie należy jednak traktować jako skrajnie różnych od nas. Według badań wykazywali oni bardzo podobne do Homo Sapiens zachowania. Należy do nich pochówek zmarłych czy, według najnowszych badań, zwyczaj zdobienia ciała. Przede wszystkim posługiwali się oni narzędziami i ogniem. Stosowali kamienne groty, krzemienne pięściaki i używali jako broni hartowanych w ogniu włóczni. Prawdopodobnie posiedli umiejętność polowania z nagonką, co bardzo ułatwiało im zdobycie pożywienia. Współczesne badania genetyczne i antropologiczne wskazują też na to, że porozumiewali się nie gorzej niż my – znali mowę, umieli się nawoływać podczas polowania i prawdopodobnie mieli podobnie rozwinięte życie społeczne.

Jedna z różnic pomiędzy naszymi gatunkami polegała na tym, że żyli jedynie w małych grupach. Nie ma dowodów na to, że te kontaktowały się ze sobą, co mogłoby sprzyjać wymianie doświadczeń i rozwojowi. Jest to jeden z przypuszczalnych powodów ich wymarcia. Podczas gdy Homo Sapiens potrafił tworzyć sieci kontaktów, pozwalające mu zdobywać nową wiedzę na temat przetrwania w zmieniających się warunkach, neandertalczyk zdany był tylko na swój klan. Był też mało elastyczny, jeśli chodzi o zmianę diety – polował jedynie na grubą zwierzynę, a gdy tej brakowało, przymierał głodem. Homo Sapiens był bardziej elastyczny, co zapewniało mu przewagę.

Za wymarcie neandertalczyka odpowiedzialny jest najprawdopodobniej klimat, który w Europie intensywnie się zmieniał. Zarówno epoka lodowcowa, jak i zmiany w atlantyckim prądzie Golfsztrom prowadziły do gwałtownego oziębiania się Europy. Mróz nie tylko czynił życie neandertalczyka nieznośnym, ale przyczyniał się też do spadku populacji dużej zwierzyny, na którą polował. Pozbawiony żywności, niezdolny do adaptacji był skazany na porażkę.

Istnieją też hipotezy, że to nasz gatunek przyczynił się do wymarcia neandertalczyka. Nie ma na to jednak przekonujących dowodów. Istnieją za to pewne przesłanki za tym, że wymierająca populacja naszych kuzynów została wchłonięta przez Homo Sapiens. Według badań genetycznych istnieją dowody na niegdysiejsze krzyżowanie się gatunków, co nie dotyczy jedynie ludności rdzennie afrykańskiej. Może zatem mamy w sobie coś z naszych krewniaków, którzy nie całkiem wymarli?

środa, 18 września 2013

Zdobywanie kosmosu - początki

Człowiek od dawna marzył o podboju kosmosu. Na początku XX wieku fantazjowano o możliwym życiu na Księżycu czy na Marsie. Dopiero jednak po drugiej wojnie światowej, wraz ze wzrostem rywalizacji ZSRR i Stanów Zjednoczonych zaczęto realizować plany wyprawy poza Ziemię.

Podstawowym problemem, z którym należało się zmierzyć było wyniesienie statku kosmicznego poza atmosferę naszej planety. Aby to zrobić, trzeba było pokonać olbrzymią siłę ziemskiej grawitacji. Trzeba też pamiętać, że w przestrzeni kosmicznej bezużyteczne są tradycyjne silniki, takie jak odrzutowy (znany już w pierwszej połowie XX wieku) jak i te, gdzie ciąg uzyskuje się za pomocą ruchu śmigła. Jedynym rozwiązaniem tego problemu pozostawało wykorzystanie silnika rakietowego, który rozpędza obiekt przy użyciu wyrzucanych gwałtownie gazów.

O ile pierwsze rakiety prochowe były używane już w XII wieku w Chinach, to dopiero w 1903 Kostantin Ciołkowski opracował zasady budowy rakiety mogącej posłużyć do podróży w kosmos. Prowadzone w kolejnych latach prace zaowocowały stworzeniem przez Niemców w czasie II wojny światowej bojowej rakiety V2, pierwszej, która dotarła do przestrzeni kosmicznej. Po wojennej klęsce Niemiec tamtejsi uczeni zaoferowali swoje usługi Stanom Zjednoczonym i ZSRR (a raczej zostali do tego zmuszeni), gdzie kontynuowali swoje prace nad techniką rakietową.
 
Replika rakiety V2

Podstawowy silnik rakietowy napędzany jest paliwem ciekłym. Umożliwia to jego kilkukrotne uruchomienie, na przykład w celu wykonania manewru. System takiej rakiety opiera się na dwóch komorach – jednej przeznaczonej na paliwo, drugiej na utleniacz. Najczęściej z użyciem napędzanych turbinami pomp oba składniki doprowadzane są do komory spalania. Ich ilość regulowana jest przez zawory. Często jako dodatkowe silniki używano silników na paliwo stałe, które działają podobnie do sylwestrowej racy. Działa on z dużą mocą, ale w sposób niekontrolowany, aż do wypalenia się paliwa.

Rakieta kosmiczna musi pokonać odległość 100 km nad powierzchnię Ziemi, czyli dotrzeć do tak zwanej linii Karmana. Unosi się z platformy startowej składającej się z wieży i tunelu stanowiącego ujście dla płomieni wydobywających się z silnika. Dzięki platformie rakieta może zostać ustawiona we właściwej, pionowej pozycji startowej.
 
Test rakiety w ramach programu amerykańskiego projektu Vanguard. Rok 1955.

Pierwszą udaną próbą eksploracji kosmosu było wyniesienie na orbitę przez ZSRR Sputnika 1, który 4 października 1957 roku został sztucznym satelitą Ziemi. Rozpoczął tym samym wyścig kosmiczny między badaczami radzieckimi i amerykańskimi. Sam Sputnik, mimo swojej nieskomplikowanej konstrukcji, osiągnął sukces, okrążając Ziemię 1400 razy, przed spłonięciem w atmosferze. Za pomocą anten nadawał też sygnał radiowy, rejestrowany na Ziemi.

Makieta Sputnika 1

Amerykańską odpowiedzią na Sputnika był w 1958 roku satelita Explorer 1, który jednocześnie był pierwszym satelitą pełniącym misję naukową. Badał promieniowanie kosmiczne, rejestrując dane na taśmie magnetycznej i przesyłając dane na Ziemię. Działał dzięki bateriom.
 
Amerykański Explorer 1
  
Po obiecujących początkach pierwszych sztucznych satelitów wyścig kosmiczny pomiędzy konkurującymi ze sobą Stanami Zjednoczonymi i ZSRR nabierał rozpędu. Kontynuowana byłą misja Explorerów, które przeprowadzały badania pomiary cząstek naładowanych uwięzionych w ziemskich pasach radiacyjnych czy badania geofizyczne. Radziecką odpowiedzią było między innymi umieszczenie na orbicie pierwszego automatycznego obserwatorium astrofizycznego – Sputnika 3. Już w 1959 sięgnięto też dalej – radziecka Łuna 1 dokonała pierwszego przelotu w pobliżu Księżyca, a ich wyczyn miesiąc później powtórzyli Amerykanie. Był to jednak dopiero początek emocjonującej rywalizacji, która zaowocowała niezwykłym poszerzeniem naszej wiedzy o Wszechświecie.

piątek, 13 września 2013

Egzotyczne torbacze

Człowiek, podobnie jak 95% wszystkich ssaków, należy do tak zwanych łożyskowców, czyli ssaków posiadających łożysko. Dzięki niemu zarodek może pobierać z krwi matki tlen i pokarm, by rozwijać się aż do momentu, gdy mały człowiek będzie gotowy do narodzin. Istnieją jednak ssaki, które funkcjonują inaczej. Są to jajorodne stekowce jak dziobak czy kolczatka oraz egzotyczne dla nas torbacze. Przyjrzyjmy się tym drugim.
 
Koala

Torbacz rodzi się niezwykle wcześnie, po krótkiej, trwającej kilka lub kilkanaście dni ciąży. Jest niezwykle mały – koala na przykład waży około pół grama! Mimo takich rozmiarów i wczesnego etapu rozwoju (ma zamknięte oczy i uszy oraz nie jest jeszcze porośnięty futrem) musi sam znaleźć drogę do specjalnej, utworzonej ze skóry torby, w którą wyposażona jest jego matka. Tam przysysa się do sutka. W torbie spędza około pięciu miesięcy, by po tym czasie rozpocząć pierwsze samodzielne wycieczki poza bezpieczne schronienie. Wraca jednak, by się odżywiać, także w sposób może dla nas niezbyt apetyczny – spożywa także wydalane przez odbyt matki na wpół strawione liście eukaliptusa. Pozwala mu to nabyć umiejętności tych twardych i częściowo toksycznych liści, które są podstawą pożywienia dorosłego koali.
 

Kangur rudy

Koala ma torbę zwróconą ku dołowi, podobnie jak spokrewniony z nim wombat. U większości torbaczy torba brzuszna zwrócona jest jednak ku górze, tak jest na przykład u kangura. Istnieje jednak nieliczna torbaczy w ogóle pozbawionych torby. W ich przypadku młode wczepia się w futro matki i przysysa do sutka. W każdym z tych przypadków dla ssaków pozbawionych łożyska wyprawa do źródła pokarmu tuż po wczesnych narodzinach jest nie lada wyczynem. Dwucentymetrowy kangurek musi odbyć po futrze matki aż 20 centymetrową podróż do torby matki posługując się właściwie tylko węchem i mając za wsparcie chwytne przednie kończyny. W przypadku największego torbacza – kangura rudego – przebywa w torbie brzusznej jeszcze przez ponad 200 dni. Dopiero po tym czasie jest zdolny do samodzielnego życia.
 
Świat torbaczy jest bardzo zróżnicowany. Słusznie jednak kojarzymy je z Australią, gdyż właśnie w jej rejonie głównie występują. Dotarły tam z Ameryki Południowej przez Antarktydę i utrzymały ważną pozycję. Na innych kontynentach spotkać je można jedynie w Ameryce Południowej właśnie oraz Ameryce Północnej (występuje tam tylko jeden gatunek). Jedną z liczniejszych rodzin torbaczy jest rodzina kangurowatych. Oprócz wspomnianego kangura rudego, który jest największym członkiem rodziny, należy do niej jeszcze 50 gatunków. Ten symbol Australii znany jest między innymi z charakterystycznego sposobu poruszania się – poprzez skoki. Jeden skok może mierzyć nawet siedem metrów, dzięki czemu niektóre kangury potrafią rozwijać prędkość aż 60 kilometrów na godzinę.

 
Lotopałanka. Zdjęcie: Wm Jas

Ważną grupą torbaczy są torbacze nadrzewne. Oprócz znanego wszystkim koali warto wspomnieć też o innych gatunkach. Są to na przykład torbacze latające. Nie latają one w pełnym znaczeniu tego słowa jak nietoperze – szybują pomiędzy drzewami, wykorzystując boczne fałdy skóry. Potrafią w ten sposób pokonać aż 100 metrów! Zalicza się do nich lotopałanka, która wykorzystuje charakterystyczny ogon jako ster podczas lotów. Spokrewniona jest z nią wolatucha, która, podobnie jak koala, żywi się jedynie liśćmi eukaliptusa. Ta, dla odmiany, jest mało ruchliwa. Na drzewach żyją jeszcze, jak sama nazwa wskazuje, drzewiaki oraz kuskusy. Zarówno jedne, jak i drugie żywią się liśćmi i owocami.

 
Mrówkożer workowaty. Zdjęcie: Stephane Bortzmeyer

Wśród torbaczy spotkać możemy też zwierzęta skrajnie różne od znanych nam koali czy kangurów. Być może istnieje jeszcze przypominający psa wilk workowaty (być może, gdyż w 1986 został uznany za gatunek wymarły, jednak od tego czasu znajdowano jeszcze tropy należące do tego zwierzęcia). Spotkać możemy też maleńkie myszy workowate, żywiące się mrówkami i termitami workowate mrówkożery, a nawet ryjące pod ziemią krety workowate. Torbacze, chociaż wyparte przez ssaki wykorzystujące w rozrodzie łożysko nadal funkcjonują w ekosystemie, coraz skuteczniej chronione przed wymarciem.

wtorek, 10 września 2013

Kaniony - jak woda drąży skałę

Jesteśmy na co dzień oswojeni z wodą, pijemy ją i sami w większości się z niej składamy. Dlatego trudno uwierzyć jak wielką potrafi mieć siłę, kształtując ziemski krajobraz w często najbardziej fantastyczne formy.

Wielki Kanion Kolorado

Kanion jest długą i wąską doliną rzeczną o stromych, skalistych zboczach. Od wąwozów różnią się skalą – są znacznie większe, a od dolin nachyleniem zboczy. Te drugie powstają raczej na terenach bardziej wilgotnych, gdzie erozja (czyli proces zmiany powierzchni terenu) następuje mniej gwałtownie ze względu na częstość opadów. Na terenach o klimacie suchym, półpustynnym i pustynnym o małej ilości opadów wartkie rzeki decydują o tym, że erozja ma bardziej „zdecydowany” charakter. Podstawowe znaczenie przy tworzeniu się kanionu ma bowiem prędkość rzeki. Rzeki górskie, ze względu na duży spadek terenu i przez to większą szybkość przemieszczania się wody, torują sobie drogę przez skały w sposób gwałtowny. Nanoszony przez nie materiał skalny rzeźbi teren bardziej zdecydowanie.

Istotny jest też rodzaj skał, jakie napotyka na swojej drodze rzeka. W przypadku terenu miękkiego utworzona zostanie raczej dolina, gdy jednak są to skały twarde (na przykład wapienie) powstanie wąskie, z trudem wyrzeźbione przez wodę koryto, gdzie nurt rzeki będzie bardzo wartki. Kanion rzeźbiony jest „w dół” nie „w poprzek”, energia rzeki wciąż pogłębia tworzone koryto, sprawiając, że jego brzegi są coraz wyższe.

Istnieją różne rodzaje kanionów, gdyż w różnych warunkach się one tworzyły. Spotykamy je w terenach bardzo suchych, gdzie w porze opadów są zasilane przez bardzo gwałtowne deszcze, które przyspieszają erozję, podczas gdy przez pozostałą część roku są niemalże pozbawione wody. Są również kaniony polodowcowe, długie i wąskie utworzone przez wodę z gwałtownie topniejącego lodowca.
Wielki Kanion Kolorado, zdjęcie: Marcin Klapczynski

Do najbardziej znanych i spektakularnych kanionów należy Wielki Kanion Kolorado w Arizonie, który ma długość 446 kilometrów, szerokość w najszerszych miejscach 29 kilometrów, a głębokość ponad 2 kilometrów. W wyniku szybkiego nurtu rzeki Kolorado spowodowanego podnoszeniem się terenu, wąski wąwóz stopniowo zmienił się w imponującą formę skalną. Zbudowana jest ona głównie z łupków krystalicznych, granitów, piaskowców i wapieni. Niezwykłe jest, że ze względu na głębokość kanionu możemy prześledzić w nim geologiczną historię regionu od proterozoiku (trwający od 2,5 mld do 542 mln lat temu) aż po trias (który zakończył się 201 milionów lat temu). Można w nim zatem znaleźć liczne skamieniałości z bardzo długiego okresu. Istotny wpływ na kształt kanionu miała nie tylko działalność rzeki Kolorado, ale też inne formy erozji skał jego brzegów – na przykład poprzez działalność wiatru.

Kanion Colca w Peru, zdjęcie: Charles Gadbois

Do innych imponujących kanionów należą niewątpliwie wąwozy Iczang wyżłobione przez rzekę Jangcy w Chinach (która potrafi osiągać głębokość aż 180 metrów, co czyni z niej najgłębszą rzekę świata), kanion Colca w Peru czy kanion rzeki Verdon we Francji. Ściany tego ostatniego mają do 700 metrów i zbudowane są z malowniczych skał wapiennych.


Kanion rzeki Verdon

Co prawda kaniony powstają bardzo wolno, bo od tysięcy do aż milionów lat, ale i tak dają nam obraz tego, jak potężną i konsekwentną w działaniu siłą jest woda. No i pozwalają się podziwiać.

piątek, 6 września 2013

Zejście na ląd - pierwsze płazy

Według naukowców, większość powierzchni Ziemi od początku jej istnienia pokrywała woda. Stopniowo parująca woda odsłaniała coraz większe fragmenty lądu. Niektóre ze zwierząt pierwotnie zamieszkujących wody, zaczęły wychodzić na ląd, co wymagało wielu zmian w ich budowie. O tym, jak wyglądały te przemiany, możemy dowiedzieć się ze skamielin.
Jednym z najstarszych przykładów zwierzęcia stanowiącego pośrednie ogniwo między rybami a lądowymi kręgowcami jest pochodzący z dewonu Ichtyostega, rybopłaz będący najstarszym znanym tetrapodem (czworonogiem).  Jego szczątki odkryto w 1932 roku w pochodzących z dewonu skałach osadowych liczących około 365 mln lat we wschodniej Grenlandii. Ichtiostega mierzyła około 100-120 cm długości, miała rybią łuskę i typowy dla ryby ogon, poruszała się jednak na czterech nogach z palczastymi stopami. Dorosły osobnik nie miał skrzeli i oddychał płucami otoczonymi klatką piersiową.

Model Ichtyostegi. Zdjęcie: Dr. Günter Bechly

Aby poruszać się po lądzie, zwierzęta musiały wykształcić kończyny. Łopatkowate płetwy ryb trzonopłetwych zawierały kilka kości stanowiących oparcie dla tkanek miękkich. Stopniowo kości wzmacniały się, aby w końcu przekształcić się w kości nogi i stopy, jak u sejmurii, która jest prawdopodobnie ogniwem pośrednim między płazami, a gadami i to właśnie z niej mogą wywodzić się pierwsze gady – kotylozaury.



Wizualizacja Eryopsa. Zdjęcie: Nobu Tamura

Jednym z rekordzistów, jeśli chodzi o rozmiar, był wśród kopalnych płazów Eryops, który osiągał długość do 1,80. Potężniejszy był jednak Mastodonsaurus - sama jego wyjątkowo płaska czaszka mierzyła ponad metr długości. Bytował on głównie w wodzie ze względu na swój ciężar, któremu nie odpowiadały odpowiednio mocarne łapy.


Mastodonsaurus. Rysunek: Dmitry Bogdanov

Na podstawie budowy zębów pierwszych płazów można stwierdzić, że przebywały one blisko wody, a ich pokarmem były głównie ryby i owady. W tamtym okresie niektóre z nich dorastały dużych rozmiarów, co tym bardziej sprzyjało takiej diecie. Dalej na ląd zapuściła się już kolejna rodzina zwierząt - gady, które porzucić nadwodny tryb życia mogły dzięki znoszeniu jaj w twardych skorupach oraz twardym łuskom. Pojawiły się one na większą skalę około 300 milionów lat temu, a najstarsza ich skamieniałość to jaszczurka zwana Lizzie, którą chodziła po Ziemi przed 350 milionami lat.

wtorek, 3 września 2013

Podziemne skarby - paliwa kopalne

Świat czerpie energię głównie spod ziemi. Oczywiście nie brakuje prób, by ten stan zmienić, zarówno dla dobra środowiska naturalnego, które na tym cierpi, jak i dla bezpieczeństwa naszej cywilizacji, dla której bogactwa paliw kopalnych nie są nieograniczone.

Antracyt
  
Paliwa kopalne to substancje powstałe z rozkładu związków organicznych (czyli na przykład pozostałości dawnych drzew), które przez bardzo długi czas były pod ziemią. Brak dostępu powietrza i duże ciśnienie, jakiemu były poddane sprawiły, że „zmieniły się nie do poznania”, stając się dla nas wygodnym, skoncentrowanym źródłem energii.

Węgle kopalne powstały na skutek gromadzenie się materii roślinnej na obniżających się miejscach skorupy ziemskiej. Tworzywem dla węgla była pradawna roślinność, taka jak widłaki, skrzypy czy późniejsze drzewa iglaste. Wyróżnia się węgle humusowe, które powstały z pozostałości roślinności naziemnej, sapropelowe, tworzone przez roślinność wodną oraz żywiczne węgle liptobiolitowe.

Węgle kopalne dzielą się na rodzaje zależne od zawartości w nich czystego węgla. Najwięcej ma go antracyt, bo aż 97%. Zalicza się on do węgla kamiennego, który ma od 78% czystego węgla pierwiastkowego, co czyni z niego niezwykle cenny materiał energetyczny. Większość tego typu węgla zalicza się do węgli humusowych. Znaleźć go można w pokładach z okresów karbonu i permu, a także triasu, jury i kredy. Spośród krajów, gdzie występuje można wymienić Polskę, Rosję czy USA.

Węglem o mniejszej zawartości „węgla w węglu”, czyli czystego węgla pierwiastkowego w całym surowcu jest węgiel brunatny. Zawiera on go między 65-78%. Produkuje się z niego koks, przetwarza na brykiety i wykorzystuje w elektrowniach. Innym jeszcze paliwem kopalnym jest torf, który powstaje z obumarłej roślinności bagiennej. Proces zwany torfieniem, który przebiega przy słabym dostępie powietrza i dużej wilgotności wzbogaca materię roślinną w węgiel i azot. Ostatecznie procent pierwiastkowego węgla osiąga w torfie około 60%. Typy torfu ustalane są na podstawie roślinności, z której powstał – rozróżniamy na przykład torf trzcinowy, mszysty czy drzewny. Użytkowany jest jako żyzna gleba, nawóz, ściółka, a także jako materiał opałowy.

Jedną z substancji podstawowych dla współczesnej gospodarki jest ropa naftowa. Według powszechnie przyjętej teorii o jej organicznym pochodzeniu powstała ona z przeobrażenia mułów i humusów osadzonych w basenie sedymentacyjnym (czyli w naturalnym zagłębieniu w skorupie ziemskiej, obniżonym w stosunku do innych obszarów) w odpowiednim środowisku. Ciśnienie, któremu poddana jest skała macierzysta, sprawia, że ropa naftowa migruje do tak zwanych skał zbiornikowych, skąd może być wydobywana. Chociaż ropa naftowa kojarzy nam się jednoznacznie z epoką przemysłową znana była już w starożytności. Używana byłą między innymi jako paliwo lamp czy do balsamowania zwłok, jednak jej wydobycie było ograniczone do miejsc naturalnych wypływów. Dopiero epoka współczesna wraz z powstaniem rafinerii ropy naftowej nadała tak wysoką rangę temu surowcowi.

Ważnym paliwem kopalnym jest także gaz ziemny. Rozróżniany jest gaz ziemny suchy z mniejszą ilością ciekłych węglowodorów i mokry z większą ich ilością. Gaz ziemny powstaje na skutek takich procesów jak ropa naftowa i występuje głównie w piaskowcach czy wapieniach, a także szczelinach skał magmowych.

Obecnie podejmuje się wiele starań, aby odejść od dominujących w energetyce paliw kopalnych na rzecz odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa czy słoneczna. Nadal jednak technologie, które je wykorzystują, nie są na tyle wydajne i ekonomiczne, aby myśleć o całkowitej rezygnacji z podziemnych skarbów. Alternatywna dla nich energia atomowa także, ma licznych przeciwników. Najbliższe dziesięciolecia pokażą, czy ludzkość nauczy się żyć bez energii spod ziemi, szczególnie przy zagrożeniu kończenie się jej zasobów.