Na świecie trwają klęski żywiołowe. Niemal każdej zimy kraje o tradycyjnie umiarkowanym klimacie znajdują się w niewoli śniegu i mrozu. W zeszłym roku mieszkańcy jednego z południowych krajów - Włoch jeździli na łyżwach po zamarzniętych weneckich kanałach.
Anglia i Francja doświadczyły tej zimy prawdziwego syberyjskiego śniegu. Większość ludzi kojarzy te naturalne zjawiska z globalnym ociepleniem i topnieniem lodowców, co prowadzi do zmiany bieguna północnego i południowego. Co więcej, sami naukowcy nie zaprzeczają zmniejszeniu się powierzchni lodu w Arktyce, ale wyjaśniają to z innych powodów.
Ocieplenie to nie problem
Spory w tej sprawie trwają od dawna. Naukowcy rozebrali się. Niektórzy twierdzą, że problem ocieplenia klimatu istnieje iw niedalekiej przyszłości może przekształcić się w poważne klęski żywiołowe dla ludzkości. Inni trzymają się bardziej umiarkowanych poglądów, wierząc, że ocieplenie jest tylko przejściowym zjawiskiem i na pewno zostanie zastąpione fazą ochłodzenia.
Instytut Kriosfery Ziemi, SB RAS, wyznaje tę samą teorię. Naukowcy z Tiumenu zapewniają, że proces degradacji lub agradacji wiecznej zmarzliny zachodzi okresowo w całej znanej historii. „Lodowce posuwały się naprzód i cofały. Potem nastąpiła aggradacja (ekspansja, powiększenie powierzchni zajmowanej przez wieczną zmarzlinę) lub degradacja - jej odwrót na północ”- wyjaśnia dyrektor instytutu, akademik Rosyjskiej Akademii Nauk Władimir Mielnikow.
Według niego ocieplenie klimatu jest zjawiskiem na dużą skalę i cyklicznym. Okres najwyższych temperatur obserwowano za Czyngis-chana. Następnie rozpoczął się potężny trzask zimna, który naukowcy nazwali później Małą Epoką Lodowcową. Trwał kilka wieków i zakończył się dopiero w połowie XIX wieku. W tym czasie wielokrotnie odnotowywano zamarzanie rzeki Moskwy, nawet w sierpniu. Obecnie ludzkość zbliża się do optimum klimatycznego za czasów Czyngis-chana. Po czym ponownie rozpocznie się faza chłodzenia.
Tiumeńscy naukowcy również nie uważają za krytyczne zmniejszenia powierzchni lodu w Arktyce, a wręcz przeciwnie, wskazują na możliwość otwarcia Północnej Drogi Morskiej, która mogłaby z powodzeniem konkurować z Kanałem Sueskim. Ponadto do tej pory Arktyka była najsłabiej zbadanym regionem, a dziś tworzone są przesłanki do jej badań na dużą skalę.
Film promocyjny:
Przykładowo, całkiem niedawno odkryto zjawisko zwane "lodowym tornadem". Obserwuje się go w okresie gwałtownego spadku temperatury na polarnych szerokościach geograficznych. Podczas formowania się lodu morskiego do atmosfery uwalniany jest dwutlenek węgla, co jest związane z rozkładem wodorowęglanu wapnia na CO2 i CaCO3. Zimna solanka opadająca w wodzie o ujemnej temperaturze tworzy coś podobnego do lodowego tornada, opadając na dno i tworząc lodową ścieżkę, w której zamarzają morskie stworzenia.
„To zjawisko anomalnej krystalizacji wody morskiej nie było wcześniej uwzględniane w modelach wymiany ciepła i masy, w których słup wody między dnem a lodem powierzchniowym traktowano jako jednorodną warstwę. Dla nas to przede wszystkim dodatkowe źródło zimna, wpływające na parametry podwodnej wiecznej zmarzliny, a także jako regulator cyrkulacji przepływów w morzach Arktyki i Antarktydy - zauważa akademik Władimir Mielnikow.
Należy zauważyć, że nie jest to bynajmniej jedyny przykład słabej znajomości szerokości geograficznych Arktyki. Terytorium to kryje w sobie wiele tajemnic, zarówno niebezpiecznych dla ludzkości z natury, jak i odwrotnie - użytecznych, zdolnych do zrewolucjonizowania sfer o żywotnym znaczeniu dla człowieka - medycyny, energetyki, astrofizyki.
Zarządzaj piorunami i błyskawicami
Ze szkolnego kursu fizyki wiadomo, że lód, podobnie jak para, jest tylko jednym ze stanów wody. Jednak pomimo jednolitej formuły - H2O - są to zupełnie inne obiekty. W szczególności lód ma około 17 stanów i ponad sto pięćdziesiąt terminów wśród ludów pierwotnie zamieszkujących terytoria północne. To nie przypadek, że naukowcy z całego świata zwracają się teraz ku badaniu lodu jako niezależnego obiektu, który ma wiele funkcjonalnych różnic i ról w przyrodzie.
Gwałtowny wzrost zainteresowania badaniami lodu i hydratów gazów wiąże się nie tylko z alternatywnym źródłem energii dla gazu, ale także z aktywnym wykorzystaniem lodu w nowoczesnej nanotechnologii. Wśród liderów w odkrywaniu tajemnic lodu są pracownicy Earth Cryosphere Institute SB RAS.
W ten sposób naukowcy z Tiumeń odkryli czwarty stan cieczy - skupisk kropelek. Są to strukturalne kropelki, które tworzą nową warstwę o określonych właściwościach fizycznych. „Ta woda nie jest w postaci lodu ani pojedynczych cząsteczek, ale tworzy sieć podobną strukturą do sieci krystalicznej i nadaje środowisku, w którym zawieszone są kropelki wody, nowe właściwości mechaniczne” - mówi Anatolij Szawłow, doktor fizyki i matematyki.
Aby obserwować czwarty stan wody, naukowcy wykonali prostą instalację, która składała się z mikroskopu, inhalatora i kamery wideo. Wiele filmów i zdjęć laboratoryjnej mgły pokazało, że lepkość skupisk kropelek jest wyższa niż lepkość powietrza, a łańcuchy małych kropelek wskazują, że na niebie panuje porządek. W konsekwencji nowy stan wody może znacząco wpłynąć na klimat Ziemi.
Odkrycie naukowców z Tiumenu już przyciągnęło uwagę światowej społeczności. Nowy stan wody może zrewolucjonizować astrofizykę.
Gaz granulowany
W dobie poszukiwań coraz bardziej zaawansowanych technologii magazynowania i transportu surowców energetycznych szczególne znaczenie ma badanie hydratów gazów przez naukowców z Tiumenia. Ich zdaniem przyszłość sektora energetycznego całego świata leży właśnie w tych lodowatych substancjach, w których 160 objętości gazów przypada na jedną objętość wody i lodu.
Pierwsze dowody na zawartość hydratów gazu w skorupie ziemskiej uzyskano w latach siedemdziesiątych XX wieku, kiedy to z głębinowych części Morza Czarnego pobierano próbki wodzianów gazu ziemnego. Nieco później podobne badania przeprowadzono na dnie jeziora Bajkał. Zejście statku kosmicznego Mir zarejestrowało hydraty gazów, które wypłynęły na powierzchnię ze skorupy ziemskiej. Naukowcy nie bez powodu nazywają te substancje paliwem przyszłości, ponieważ gromadzenie się osadów dennych jest nieustannie tworzone, a zasoby ropy i gazu są stopniowo wyczerpywane.
Kolejną istotną przewagą hydratów gazowych nad tradycyjnymi źródłami energii - węglowodorami - jest ich zdolność do długotrwałego istnienia w ujemnych temperaturach. Oznacza to, że gdy ciśnienie spada do poziomu powietrza atmosferycznego w warunkach ujemnych temperatur, na powierzchni substancji tworzy się skorupa lodowa, uniemożliwiająca ich rozkład na gaz i wodę. Przywództwo w rozwoju technologii transportu gazu ziemnego w tabletkach wodzianu gazu lodowego należy do Japończyków. Dziś ta technologia jest dopiero testowana, ale w przyszłości będzie można ją wykorzystać do transportu gazu. Programy badawcze dotyczące hydratów gazowych są również dostępne w USA, Wielkiej Brytanii, Kanadzie i Indiach.
Rosja, która posiada największe zasoby gazu, nie skupia się jeszcze na badaniach hydratów gazu. Niemniej jednak naukowcy z Tiumeń są obecnie ściśle zaangażowani w technologię uzyskiwania „suchej wody”. Mechanizm jest prosty - w zwykłym mikserze ubijane jest 3% proszku, którego właściwości powierzchniowe pozwalają na zatrzymywanie wody w kroplach i 97% wody, w wyniku czego powstaje piasek. Głównym wyzwaniem jest dostosowanie tej technologii do gazu. Uzyskanie takich rozwiązań technicznych, które pozwoliłyby przekształcić gaz w stan sproszkowany, wytwarzając z niego brykiety lub tabletki. Dzięki temu możliwy będzie transport gazu lub APG bez budowy gazociągów.
W przyszłości technologia ta częściowo rozwiąże problemy środowiskowe, w szczególności problem utylizacji gazów cieplarnianych. Naukowcy są pewni, że przekształcenie nadmiaru gazu w stan hydratu gazowego, w substancję podobną do lodu, uczyni go nieszkodliwym dla środowiska. Krótko mówiąc, badania z zakresu genetyki powstawania gazów otwierają szerokie możliwości wykorzystania zasobów naturalnych.
Klucz do sekretu długowieczności
Nie mniej interesujących odkryć dokonali naukowcy z Tiumenu na styku nauk - kriologii i biologii. Badania cech mikroorganizmów zasiedlających kriosferę ujawniły ich żywotność i obecność specjalnych, jeszcze nieznanych mechanizmów ochrony lub naprawy DNA przed destrukcją termiczną, promieniowaniem, wolnymi rodnikami i innymi szkodliwymi czynnikami.
Tak więc jedna z tych bakterii, opatentowana przez naukowców z Tiumeń jako Bacillus Frost, stała się przedmiotem wspólnych badań z kolegami z prawie dwudziestu laboratoriów z Rosji, Ukrainy, Szwecji, Austrii, Japonii, Norwegii. Badanie aktywności biologicznej na roślinach, orzęskach, muszkach owocowych i myszach laboratoryjnych umożliwiło wyizolowanie poszczególnych szczepów mikroorganizmów zdolnych do aktywacji układu odpornościowego. Co więcej, biopotencjał bakterii jest aktywowany w niskich temperaturach i objawia się w dawkach 1000–100 razy niższych niż ich współczesnych odpowiedników.
W ten sposób badania wykazały zdolność bakterii do przyspieszania procesów gojenia ran, zwiększania odporności organizmów na różne stresy, zwiększania masy mięśniowej oraz aktywowania prawej półkuli mózgu. Ponadto udowodniono, że metabolity bakteryjne wywołują takie same efekty.
Wszystko to pozwala stwierdzić, że kriosfera ze swoimi nieodłącznymi unikalnymi mikroorganizmami ma ogromny potencjał biologiczny. Dalsza eksploracja tego środowiska może stać się podstawą do wielkich odkryć w dziedzinie medycyny i farmakologii.
Kryzys gatunkowy
Mimo, że badania w różnych dziedzinach nauki trwają, to wyższa szkoła wiedzy przeżywa dziś nie tylko kryzys finansowy, ale przede wszystkim kryzys gatunkowy. Ponadto trend można prześledzić nie tylko w Rosji, ale w Europie i Ameryce.
„Znajdujemy się w sytuacji, w której kurs na innowacyjną gospodarkę stawia nowe wyzwania dla środowiska naukowego, ale utracono związek między podstawową wiedzą a jej praktycznym zastosowaniem” - wyjaśnia akademik Władimir Mielnikow.
Przyczyną tej luki jest zniesienie stosowanych instytucji, których celem jest wprowadzenie idei naukowej do rzeczywistego produktu. Społeczność światowa stoi przed potężnym problemem - znalezieniem tego ważnego ogniwa pośredniego.
W związku z tym Komisja Europejska ogłosiła w 2012 r. Ostatnie i największe zaproszenie do składania wniosków w ramach siódmego programu ramowego w zakresie badań i rozwoju technologicznego (7PR). Łącznie ponad 8 miliardów euro zostanie przeznaczone na projekty i pomysły, które zwiększą konkurencyjność Europy i pomogą rozwiązać problemy związane ze zdrowiem ludzi, ochroną środowiska oraz znalezieniem nowych rozwiązań problemów spowodowanych urbanizacją i potrzebą gospodarowania odpadami. Fundusze, które będą dostępne dla organizacji i przedsiębiorstw z dowolnego kraju na świecie, w tym Rosji, stanowią lwią część proponowanego budżetu UE na badania na 2013 r. W wysokości 10,8 mld euro.
Innym ważnym wydarzeniem dla społeczności naukowej w ubiegłym roku była X Międzynarodowa Konferencja na temat wiecznej zmarzliny „Zasoby i zagrożenia związane z regionami wiecznej zmarzliny w zmieniającym się świecie”, która odbyła się w dniach 25-29 lipca w Salechard. Spotkanie w Jamale zgromadziło czołowych światowych naukowców ze Wschodu i Zachodu, kreatywną młodzież, osoby publiczne, przedstawicieli wielkiego biznesu i rządu. Łącznie około 600 osób, w tym 300 uczestników zagranicznych. Ponadto strona przyjmująca wzięła na siebie nie tylko obowiązek organizacji konferencji, czyli lwią część kosztów, ale także zapewniła udział 80 młodych naukowców z Rosji i 70 z zagranicy.
Biorąc pod uwagę znaczący wkład Okręgu w rozwój potencjału naukowego regionów Arktyki oraz aktywne wspieranie nauki akademickiej, uczestnicy X międzynarodowej konferencji poświęconej wiecznej zmarzlinie postanowili wesprzeć inicjatywę Gubernatora Okręgu Autonomicznego Jamalsko-Nienieckiego Dmitrija Kobylkina, zmierzającą do stworzenia międzynarodowego ośrodka badań Arktyki na Jamale, aw szczególności swoje biura na wyspie Bely.
Ponadto, biorąc pod uwagę wieloletnie doświadczenia Jamału w nawiązywaniu zróżnicowanej współpracy z regionami polarnymi, uczestnicy konferencji postanowili zaapelować do międzynarodowej społeczności Arktyki oraz Rady Arktycznej o poparcie propozycji szefa obwodu nadania Jamał-Nieniecowi Autonomicznemu Okręgowi statusu Międzynarodowego Centrum Rozwoju Współpracy Humanitarno-Naukowej w Arktyce. …