Vybrali sme z Quarku 8/2020

29. aug. 2020 • Iný

Vybrali sme z Quarku 8/2020

Nestihli ste si kúpiť augustový Quark? Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol za posledný mesiac.

Krajina v rukách človeka (Téma)

Dezertifikácia je proces degradácie územia využívaného na produkciu potravín (biomasy a zvierat) na oblasti nevhodné na poľnohospodársku činnosť (púšte a polopúšte), a teda nedostatočne zásobené vodou, vyvolané prirodzenými alebo antropogénnymi procesmi. Táto degradácia prebiehala aj v minulosti, ale jej intenzita bola nižšia.

Asi osmina povrchu súše je pokrytá púšťami a z meraní vyplýva, že dezertifikácia prebieha rýchlosťou asi 120 tisíc km2 ročne. Sahara, s plochou 9 mil. km2 najväčšia púšť planéty, sa podľa meraní rozširuje ročne asi o 60 tisíc km2. Od roku 1900 sa táto púšť posunula južným smerom približne o 250 km, čo predstavuje asi 1,5 mil. km2, pričom tento proces sa zrýchľuje. Dezertifikácia prebieha aj v Južnej Amerike, Austrálii a v Ázii, ale s menšou intenzitou (odhad 60 tisíc km2 ročne).

Dezertifikáciou sa stráca poľnohospodárska pôda a lesy. Asi 12 % rozlohy súše sa využíva ako orná pôda na produkciu biomasy, ktorá je základným článkom potravového reťazca zvierat a ľudí. Podľa časopisu National Geographic sme za uplynulých 40 rokov prišli asi o tretinu ornej pôdy, a to kombinovanou činnosťou prirodzených činiteľov a ľudskými aktivitami. Z výsledkov výskumu vyplýva, že plocha ornej pôdy sa môže vhodnými melioračnými opatreniami rozšíriť asi na 14 % plochy súše.

Prirodzené povrchy súše tvorili predovšetkým lesy, trávnaté porasty, stepi a púšte; nepriepustné povrchy (stavby, cesty) tvorili len malú časť povrchu a významne nevplývali na klímu. V ostatných dvoch storočiach sa však významne zmenila štruktúra povrchov súše – pribudla orná pôda ako dôsledok nárokov zvyšujúceho sa počtu obyvateľov na Zemi na suroviny, potraviny, energiu a vodu. Za ostatných sto rokov sa počet obyvateľov Zeme zvýšil štvornásobne z 2 miliárd v roku 1927 na 7,6 miliardy v roku 2019 (predpokladá sa, že v roku 2050 nás bude asi 10 miliárd). S tým súvisí zníženie plochy lesov a lúk a zvýšenie plochy nepriepustných povrchov. Veľké množstvo priemyselných a občianskych stavieb s nepriepustným povrchom znamená, že dažďové zrážky, ktoré spadnú na tento povrch, odtečú, len malá časť z nich sa vyparí, a teda spotrebuje sa podstatne menej slnečnej energie na výpar, ako keby bola na danom mieste porastená plocha. Na ilustráciu: po intenzívnej stavebnej činnosti v posledných desaťročiach sa plocha nepriepustných povrchov zvýšila približne na 5 % plochy územia Slovenska, čo je významný prírastok nepriepustných plôch ovplyvňujúci mikroklímu.

Ilustračný obrázok, Zdroj: Piaxabay

Mohlo by vás zaujímať: Odhad masy snehu, Múzeum techniky prežitia, Teplo, teplejšie, problémy...

Ekologické oxidovadlá (Rozhovor s Jánom Hívešom)

Vo svojom výskume sa usilujeme nájsť efektívny spôsob, ako prostredníctvom železanov likvidovať mikropolutanty v odpadových vodách. Lokálnym zdrojom liečiv a drog v odpadovej vode sú často nemocnice, liečebne, domovy dôchodcov, ale aj domácnosti. Hlavným problémom je, že mnohé z týchto látok sa len čiastočne odbúravajú prirodzenou cestou. Nie všetky sú stabilné, v kanalizácii sa časť polutantov rozloží a ďalej sa dostávajú až do čistiarní odpadových vôd, kde sa takáto voda prečistí. V súčasnosti však čistiarne nie sú stavané na to, aby realizovali aj dočisťovanie od mikropolutantov.

Tieto látky nie sú zatiaľ prítomné vo veľmi vysokých koncentráciách, iba približne 10 – 1 000 nanogramov na liter, no už vieme, že prítomné sú a samy sa v prírodnom prostredí neodbúrajú.

Mnoho týchto látok má navyše tendenciu akumulovať sa v životnom prostredí. Hneď ako sa akumulujú v živočíšnych orgánoch, ľahko sa dostávajú do potravového reťazca alebo môžu priamo znečisťovať pitnú vodu. Náš výskum je zameraný na to, aby sme sa v tomto smere pripravili na budúcnosť. V ideálnom prípade by sme chceli byť schopní tieto látky – väčšinou veľké organické molekuly – rozložiť až na základné zlúčeniny, s ktorými si už vie príroda poradiť, v prípade organických zlúčenín na vodu a oxid uhličitý.

Realizovali sme rozsiahle súbory údajov zo vzoriek odpadových vôd z rôznych zdrojov, kde sa nachádzajú rôzne látky, pričom pri mnohých sa podaril vysoký stupeň degradácie. Už teraz vieme nastaviť parametre tak, aby sme stupeň degradácie v týchto prípadoch ešte zvýšili. Rovnako si železany poradili aj s dezinfekciou.

V našej práci sme skúmali aj vplyv pôsobenia železanov na riasy, konkrétne druh riasy Cladophora aegagropila. Práve ona spôsobuje problémy počas letného obdobia v chladiacich vežiach tepelných elektrární, čomu je potrebné predísť. Zisťovali sme minimálnu dávku, pri ktorej bol železan ešte účinný pre dané vody znečistené riasami. Už pri nízkych koncentráciách sa preukázala schopnosť úplnej likvidácie riasy. Taktiež sme v spolupráci s Úradom verejného zdravotníctva SR dokázali degradačnú schopnosť železanu pri čistení prírodných vodných plôch určených na rekreáciu obyvateľstva napríklad v stredisku Gazárka v Šaštíne-Strážach od cyanobaktérie Anabaena flosaquae. V súčasnosti je jazero bez možnosti kúpania, pretože práve v letnom období je kontaminované sinicami, ktoré sú schopné produkovať toxíny. Sinice po svojom rozklade produkujú toxíny do vody, to znamená, že nestačí zlikvidovať samotné sinice. Vzhľadom na to, že železany sú aj vynikajúcim koagulačným činidlom, dokážu stiahnuť sinice na svoj povrch, degradovať ich a usadiť sa na dno. Výsledkom biologických testov bol pokles počtu siníc o 92 %, pričom pôvodný roztok mal 20-násobne prekročený limit pre povrchové vody. V mikrobiologických testoch sme sledovali veľké fekálne znečistenie a došlo k 100 % účinnosti odstránenia baktérie Escherichia coli.

Ján Híveš, Zdroj: Eleonóra Rákusová

Prof. Ing. Ján Híveš, PhD. získal vysokoškolské vzdelanie na Katedre anorganickej technológie Fakulty chemickej technológie Slovenskej vysokej školy technickej v Bratislave v roku 1986. Následne absolvoval doktorandské štúdium na Vysokej škole chemicko-technologickej v Prahe, kde získal vedeckú hodnosť kandidáta vied. V súčasnosti je riaditeľom Ústavu anorganickej chémie, technológie a materiálov Fakulty chemickej a potravinárskej technológie STU v Bratislave. Vedecký výskum realizuje v oblasti anorganickej technológie a materiálov, špeciálne v oblasti technickej elektrochémie. Jeho vedecký tím sa zaoberá skúmaním vlastností taveninových systémov pri vysokých teplotách zaujímavých pre hlinikársky priemysel. Ocenenie Vedec roka SR 2019 v kategórii inovátor roka získal za výskum a vývoj technológie výroby silného zeleného oxidovadla – železanu – schopného ekologicky likvidovať široké spektrum mikropolutantov v životnom prostredí, najmä vo vode.

Rybie akumulátory (Príroda)

Po objavení Južnej Ameriky sa belosi postupne usídlili aj na brehoch riek v povodí Amazonky a Orinoka. Veľmi rýchlo pochopili, že varovanie domorodcov pred rybou zabíjajúcou korisť a brániacou sa pred nepriateľmi zvláštnymi bolestivými údermi nepatrí medzi domorodé mýty. Na tohto unikátneho elektrického zabijaka si musel zvyknúť aj privezený dobytok a kone, ktoré sú napriek svojej veľkosti pri brodení alebo napájaní citlivé na zásah elektrickým prúdom.

O niečo neskôr sa o túto elektrickú rybu začali zaujímať aj zoológovia. Vedci zistili, že až 230 cm dlhý a asi 50 kilogramov ťažký paúhor elektrický (Electrophorus electricus) z čeľade paúhorovité (Electrophoridae) dokáže vyprodukovať výboj o sile až 650 V, menšie jedince s dĺžkou asi 100 cm do 350 V. Elektrické párové orgány tejto ryby zaberajú približne štyri pätiny dĺžky tela. Nemajú pritom homogénnu stavbu, ale možno v nich rozlíšiť tri samostatné štruktúry s rozdielnou funkciou. Najväčšiu časť tvoria do série zapojené elektrické články, ktoré zodpovedajú pôvodným svalovým segmentom. Táto časť elektrického orgánu je schopná vytvoriť napätie so silou stoviek voltov a frekvenciou niekoľko sto hertzov (Hz).

Keďže ide o dravca, elektrické výboje mu slúžia najmä pri love koristi. Samozrejme, majú aj obrannú funkciu. Z praxe sú známe prípady, keď paúhor usmrtil človeka i veľké kopytníky, ktoré sa dostali do jeho tesnej blízkosti. Menšia časť bioakumulátora nazývaná Sachsov zväzok alebo Sachsove články produkuje napätie s intenzitou okolo desať voltov a frekvenciou do 25 Hz. Tieto elektrické impulzy vysielané v počte 20 – 30 za sekundu slúžia rybe na orientáciu v kalných vodách. Tzv. Hunterove orgány uložené pozdĺž bázy análnej plutvy produkujú taktiež slabé výboje. Na čo presne slúžia, zatiaľ nevieme, je možné, že ich funkcia súvisí s činnosťou hlavného elektrického orgánu. Elektrické výboje paúhora i ostatných elektrických rýb sú riadené zo zvláštneho nervového centra v predĺženej mieche. Podobne ako mnohé ďalšie juhoamerické druhy rýb obývajúce vody s minimálnym obsahom kyslíka aj paúhor elektrický má prídavný dýchací orgán, takže sa musí zhruba každých 15 minút nadýchnuť vzdušného kyslíka, inak by sa zadusil. Na jeho príjem mu slúži špeciálne adaptovaná sliznica ústnej dutiny, ktorá je husto pretkaná krvnými vlásočnicami. Tak ako väčšina elektrických rýb má aj paúhor holú kožu, na obratný vlnivý pohyb všetkými smermi mu stačí veľmi dlhá análna plutva, kým chrbtová, chvostová i brušné plutvy mu počas vývoja zanikli.

Paúhor elektrický dokáže vyprodukovať elektrické výboje s hodnotou až 650 V, Zdroj: Jozef Májsky

Paúhor elektrický dokáže vyprodukovať elektrické výboje s hodnotou až 650 V, Zdroj: Jozef Májsky

Prečítajte si aj: V stepiach Slovenska

Pandémia očami fyziky (Fyzika)

Naše modelovanie sa opiera o jeden z typov difúzie, difúziu z neobmedzeného zdroja prímesí na povrchu, lebo vírus sa reprodukuje. Z charakteristickej vzdialenosti, do ktorej sa nákaza difúziou za určitý čas dostane, vypočítame koeficient difúzie. Jeho hodnota hovorí o nebezpečenstve tohto typu transferu infekcie. Problémom modelovania na Slovensku sú, našťastie, nízke počty nakazených. Urobíme aspoň odhad v regióne okolo Bratislavy počas prvých 13 dní, keď regulácie neboli ešte plne funkčné. Vtedy sa podľa nášho predpokladu infekcia rozšírila z Bratislavy do okruhu asi 25 km a zasiahla Senec, Pezinok a Malacky. V tomto regióne bolo vtedy 53 % všetkých infikovaných osôb v SR. Na základe už uvedeného zo vzdialenosti 25 km a času 13 dní vychádza koeficient difúzie 12 km²/deň. Je menší ako koeficienty pre rozličné historické transfery, napr. koeficient difúzie zlatokopov počas zlatej horúčky v Kalifornii, ktorý bol 1 370 km²/deň, alebo koeficient difúzie migrantov do Európy po balkánskej trase v roku 2013, ktorý bol 52 km²/deň. Napriek tomu jeho hodnota je pre prípad epidémie hrozivo veľká. Keďže v priebehu marca 2020 sa prijali lokalizačné opatrenia, difúzia sa potlačila.

Počas apríla 2020 sa menej infikovaný južný pás Slovenska zmenil na mozaiku viac alebo menej postihnutých okresov. Možno to interpretovať invazívnou a lokálne reprodukovanou nákazou, príkladom čoho bola situácia v osadách. V kontexte kinetickej teórie plynov hľadáme analógiu medzi pohybom molekúl ideálneho plynu a ľudí. Najpravdepodobnejšia rýchlosť molekúl je úmerná √T, teda druhej odmocnine termodynamickej teploty. Predstavujeme si, že vírus sa šíri pohybom a stretnutiami – vo vyjadrení molekulárnej teórie – zrážkami osôb. Teplotu plynu môžeme personifikovať s teplotou spoločenského prostredia. Treba brať do úvahy jej viacero podôb. Jednak teplotu, ktorá charakterizuje pohyb, jeho rýchlosť a odvodenú frekvenciu zrážok. Rastie počas víkendov pri udalostiach, ako sú svadby a podobne. Iný typ teploty vyjadruje temperament etnika. Teplejšia klíma zodpovedá emocionálnejším ľuďom, čo predpokladal Montesquieu už v roku 1748. S tým môžu súvisieť problémy v južnej Európe. Tretí typ teploty súvisí s ekonomickou silou krajiny, keď sa ľudia spoliehajú na svoje zdravotníctvo, pričom mnohé obchodné aktivity nemožno zastaviť. Kinetická teória plynov nabáda znižovať spoločenskú teplotu. Lokalizácia má preto svoj význam, znižuje však kvalitu života alebo imunitu. Ignorovanie lokalizačného režimu však otvorí dvere difúznemu šíreniu infekcie na väčšie vzdialenosti.

Viac nových článkov z oblasti fyziky: Gravitačné kopce, Honba za tmavou hmotou, O mysliach a strojoch, Aký malý je atóm?, Aký veľký je vesmír?, NAJ objavy desaťročia

Čo sa udialo vo výskume?

Vedci zostrojili nový typ batérie, ktorá spája množstvo výhod existujúcich riešení a zároveň odstraňuje ich kľúčové nedostatky a šetrí energiu.

Južný pól sa za posledných 30 rokov oteplil o viac ako trojnásobok globálneho priemeru.

Nové ultratenké kovové šošovky (metalens) používajú množstvo malých prepojených vlnovodov, ktoré s rekordnou účinnosťou zaostrujú svetlo na vlnové dĺžky siahajúce od viditeľného k infračervenému žiareniu.

Misia ESA Euclid vypustí nový vesmírny teleskop, ktorý bude skúmať viac ako miliardu vzdialených galaxií s cieľom odhaliť stopy zanechané tmavou hmotou a tmavou energiou.

Vedci použili počítačové výpočty na navrhnutie nového materiálu na báze uhlíka ešte tvrdšieho ako diamant.

So súčasnou pandémiou ochorenia COVID-19 súvisí aj poškodenie mozgu.

Nová štúdia ponúka pohľad na vplyv dvoch hlavných migrácií ľudí v holocéne na európsku vegetáciu.

Koľko má váš pes ľudských rokov? Vedci navrhli nový vzorec.

Pridanie nanomateriálov do kompozitu vedie k tvrdším a odolnejším plutvám.

Výskum kolektívneho správania vychádzajúci zo štatistickej fyziky odhaľuje tajomstvá úspešných futbalových tímov.

Čítajte viac...

Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 1. septembra 2020. Ak nechcete premeškať už ani jedno číslo časopisu, objednajte si zvýhodnené tlačené alebo elektronické predplatné na www.quark.sk/predplatne/.

Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku www.facebook.com/casopisquark.

Zdroj: Quark

Súvisiace:

Hore
Noc výskumníkov 2020
Quark_11/2020
Aurelium - centrum vedy
Quark 25 rokov
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Teória relativity určuje farbu zlata
Zistite viac