Záhadná síla odhalena

28.7.2014

Tisková zpráva AV ČR: Záhadná síla tvarující pískovcové skalní tvary po celém světě byla odhalena českými geology. Pískovce na celém světě proslavily velkolepé útvary, jako jsou skalní brány, věže, sloupy či převisy. Vznik takových podivuhodných útvarů však doposud nebyl uspokojivě vysvětlen. Geologové z Přírodovědecké fakulty UK v Praze, Geologického ústavu AV ČR a Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR provedli experimenty, které odhalují, že pískovcová skála funguje jako propojený a „inteligentní“ organismus. Nepotřebného materiálu, který ohrožuje její stabilitu, se zbavuje a zůstávají jen nosné prvky. Výsledky výzkumu byly nyní zveřejněny v nejprestižnějším časopise věd o Zemi Nature Geoscience.

Pískovce vytvářejí specifický reliéf, dobře známý ze severních Čech (NP Českosaské Švýcarsko, Český ráj, Adršpach), Coloradské plošiny v USA i mnoha jiných oblastí. Jsou kulisou mnohých dobrodružných filmů. Na pískovce jsou vázány často dokonalé skalní útvary, např. mohutné brány (Pravčická brána, skalní brány v Arches, USA). Krystalizace solí, mrznutí vody, dopad dešťových kapek i tekoucí voda, to všechno jsou dobře známé erozní procesy, které rozkládají pískovec zrno po zrnu, úlomek po úlomku. Jak ale tyto bezduché procesy mohou vytvořit skalní bránu s obloukem 50 m dlouhým a dokonale vykrouženou stěnou? Co je koordinuje? Přes 150 let studia pískovcového reliéfu tuto otázku nikdo nedokázal zodpovědět. Vědci z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a dvou geovědních ústavů Akademie věd ČR odhalili nečekané vodítko k této záhadě. Pískovcová skála je propojena v jeden celek tlakovým polem skrze vzájemně se dotýkající zrna a zatížení, jehož zdrojem je hmota skály a gravitační pole. Právě gravitačně generované tlakové pole koordinuje rozpad pískovce. Experimenty prokázaly, že rychlost eroze i zvětrání se zpomaluje s rostoucím stlačením. Tam, kde je stlačení nízké, postupuje eroze rychleji, tam, kde je stlačení vyšší, je eroze mnohem pomalejší. Erozní procesy (soli, mráz, déšť) tak vlastně jen odstraňují to, co jim dovolí tlakové pole erodovat. Výsledkem vzájemné interakce tlakového pole a erozních procesů jsou dokonalé tvary: do hladka vykroužené křivky oblouků nebo skály stojící na neuvěřitelně tenkých stopkách.

Vědeckému týmu se podařilo experimentálně vytvořit všechny hlavní skalní útvary (skalní brány, okna, převisy, sloupky atd.) za použití pískovce z lomu v Českém ráji a běžných erozních procesů. Pokud je skalní blok rozčleněn horizontální puklinou, tlakové pole tuto puklinu obloukovitě obtéká stejně, jako obtéká překážku voda v řece. Okolí pukliny se rychle rozpadá a vzniká skalní brána, která je už ale mnohem stabilnější a rozpadá se velmi pomalu. Skály na tenké patce vznikají tak, že eroze postupující z boků se postupně zpomaluje podle toho, jak roste tlak v zužujícím se sloupku. Modelování tlaku pomocí počítačů odhalilo, že tlak je rozhodujícím činitelem, který dává skalním formám tvar. Studie přesahuje i do dalších vědních oborů i praxe. Ukázalo se, že přílišné soustředění na detaily může zastřít existenci netušených záhad. Vědci studující pískovce se v posledních desetiletích soustředili na detailní studium zvětrávacích procesů (zejména solné zvětrání), aniž by si uvědomili, že procesy může něco koordinovat. V inženýrské geologii vědci přehlíželi možnost, že zvyšující se tlak (přesněji stres) může zpomalovat destrukční procesy. Tlak ovlivňuje erozní procesy i v kulturních památkách v pískovci (např. Petra, Jordánsko). Uvědomění si jeho vlivu umožní lepší ochranu těchto památek.

 

Pomohou mravenci ČEZu?

25.7.2014

Při zvětrávání nerostů olivínu (křemičitan železnato-hořečnatý) a plagioklasu (hlinitokřemičitan sodno-vápenatý) za přítomnosti oxidu uhličitého vzniká uhličitan hořečnatý respektive vápenatý. Ronald I. Dorn z Arizona State University při svých výzkumech zjistil, že tento proces velmi výrazně urychlují mravenci. Po dobu 25 let sledoval šest lokalit na území Arizony a Texasu. Mravenci zvyšují pohlcování oxidu uhličitého, a tedy i rychlost zvětrávání 50 až 300 krát. Při analýzách hlubších vrstev půdy pozoroval postupné přibývání uhličitanu vápenatého. Mravenci takto snižují koncentraci skleníkového plynu oxidu uhličitého v atmosféře. Přesný mechanismus, jak zmíněné nerosty rozpouštějí, znám doposud není.

 

Mořské pastviny plejtváků

24.7.2014
Plejtvák obrovský ve východním Pacifiku, foto NOAA

odhalilo jejich sledování pomocí družic. Ladd M. Irvine z Oregon State University a jeho kolegové z dalších amerických výzkumných oceánologických pracovišť připevnili vysílačky na 171 plejtváků obrovských (Balaenoptera musculus) a sledovali je u západního pobřeží Spojených států pomocí družic po patnáct let. Putování jednotlivých velryb se výrazně liší. Nicméně existují dvě oblasti, které jsou pro ně důležité, protože tam shánějí potravu opakovaně a dlouhodobě. Jde o záliv Farallones ve střední Kalifornii a západní část Channel Islands u jihokalifornského pobřeží. Nové informace o největších současných živočiších mohou přispět k ochraně těchto ohrožených zvířat, protože ve zmíněných oblastech panuje rovněž čilá lodní doprava.

 

Pevný tmel svijonožců

23.7.2014

Tmel, s jehož pomocí se svijonožci (Cirripedia) připevňují k podkladu, patří k extrémně pevným látkám, které navíc tuhnou i pod slanou vodou. Svijonožci jsou korýši, kteří přešli k usedlému způsobu života. Přestože tmel zmiňuje už Charles Darwin, který první svijonožce řádně popsal, důkladně ho prozkoumali až nyní Neeraj V. Gohad z Clemson University v Jižní Karolíně a Nick Aldred z britské Newcastle University spolu s dalšími kolegy pomocí Ramanovy spektroskopie. Svijonožci nejprve vypouštějí ze speciálních žláz lipidy (estery vyšších karboxylových kyselin), které jsou hydrofobní. Vytěsňují vodu z podkladu a vytvářejí prostředí pro vlastní pojivový materiál tvořený fosforylovanými bílkovinami (proteiny s připojenou fosforečnanovou skupinou). V počáteční fázi před vytvrzením ho chrání před bakteriální degradací. Výzkumy obdobných systémů složených z více komponent mohou přinést řadu zajímavých poznatků. Synergický efekt způsobuje, že jejich vlastnosti nejsou pouhým součtem vlastností částí, ale mají něco navíc. Např. řada tkání našeho těla je mnohem pevnější, než kterákoli z mnoha sloučenin, jež ho vytvářejí, sama o sobě.

 

Filtr pro sekačky trávy

22.7.2014
foto University of Californina v Riverside

sestrojil studentský tým NOx-Out z University of Californina v Riverside. Zahnutá nerezová trubka (viz obr., foto University of Californina v Riverside) se připevní přímo na výfuk benzínové sekačky. Z výfukových plynů odstraní 87% oxidu uhelnatého, 67% oxidů dusíku a 44% pevných částic. Základem je reakce s jemně rozprášeným roztokem močoviny NH2CONH2 na kovovém katalyzátoru, což je ten šedivý váleček na obrázku nejvíc vlevo. Oxidu dusíku se redukují a vznikající amoniak se rozloží na dusík a vodu. Předpokládaná prodejní cena katalyzátoru je 30 USD. V posledních letech se hlavní pozornost obracela na zlepšení parametrů automobilových motorů. Navíc menší motory jsou obecně méně účinné a produkující více škodlivých emisí. Výsledkem je situace, kdy spalovací motor travní sekačky podle americké Environmental Protection Agency znečišťuje ovzduší 11 x než moderní automobil.

 

Elektřina z vody

21.7.2014
řez generátorem, foto Nenad Miljkovic a Daniel J. Preston

Na velmi hydrofobních površích se povrchová energie spojujících se vodních kapek může přeměnit na kinetickou energii. Kapička v důsledku toho může z povrchu odskočit. Dojde i k distribuci náboje, takže během tohoto procesu získá i elektrický náboj. Tohoto svého objevu z loňského roku využili Nenad Miljkovic a Doc.Evelyn Wang ke konstrukci elektrického generátoru. Tvoří ho superhydrofobní desky střídající se s měděnými, byť využít lze prakticky každý dobrý vodič. Nabitá kapička přeskočí mezi hydrofobní a kovovou deskou, čímž se generuje elektrický proud. Na videu si můžeme prohlédnout, jak to funguje. Přeskakující kapička je zvýrazněna zeleně. Výkon je nepatrný, 15 pikowattů, ale prostor pro zlepšení existuje. Zařízení v mnohém připomíná Kelvinův elektrostatický generátor nebo procesy separace elektrického náboje při bouřce.

 

Robot plynař

19.7.2014

Miniaturní trhliny v plynovém potrubí všech velikostí mohou být velmi nebezpečné, protože se dají jen obtížně zjistit. Unikající plyn se může hromadit a posléze vybuchnout, přičemž vzniknou značné škody. Robota pro zjištění trhlinek na základě lokálního poklesu tlaku v potrubí sestrojili experti z MIT a saudské Univerzity krále Fahda pro ropu a nerosty pod vedením Dimitriose Chatzigeorgiouse (MIT). Pohybuje se na kolečkách uvnitř roury rychlostí chůze a táhne za sebou těsnění, které ji těsně uzavírá. Nepatrné deformace těsnění, které vzniknou kvůli změnám tlaku plynu uvnitř potrubí, okamžitě hlásí. Lze tak odhalit i milimetrové trhliny, což je desetkrát méně, než umožňují dosavadní technologie vibracích a slabém zvuku unikající plynu.

 

Gen denisovanů,

16.7.2014

vyhynulých příslušníků rodu Homo, kteří se lišili od nás i neandrtálců, stále najdeme u současných Tibeťanů. Prof. Rasmus Nielsen se svým týmem z University of California v Berkeley zjistil, že jejich gen EPAS1 se velmi podstatně liší od jeho formy rozšířené v ostatní současné populaci, ale je prakticky shodný s tím, který měli denisované. Tibeťanům pomáhá přežít ve vysoké nadmořské výšce, protože při poklesu hladiny kyslíku v krvi spouští další produkci hemoglobinu. U níže žijící populace mají některé jeho varianty význam hlavně pro sportovce, kterým pomáhají dosahovat vyšších výkonů. Geny denisovanů najdeme i u původních obyvatel Austrálie.

 

Obrácená vulkanizace

15.7.2014
struktura kopolymeru

Pro práci s infračerveným zářením máme velmi omezený výběr materiálů, protože v této oblasti spektra se projevují rotace a vibrace chemických vazeb. Sloučeniny průhledné v infračervené oblasti nejsou příliš četné. Zajímavý polymer s dostatečně vysokým indexem lomu a průhledností připravil americko-korejský chemický tým pod vedením prof.Jeffreyho Pyuna z University of Arizona v Tucsonu. Jde o kopolymer, který vzniká přidáváním 1,3-divinylbenzenu do roztavené síry za teploty 185 oC. Vzniklý termoplast má červený sklovitý vzhled. Jeho index lomu v závislosti na složení se pohybuje mezi 1,72 až 1,87 a transmitance od 20% do 60% pro vlnové délky 600 až 1.600 nm. Transmitance je poměr intenzity prošlého a dopadajícího záření. Čím je vyšší, tím je materiál průhlednější. Na popsaný proces můžeme nahlížet jako na obrácenou vulkanizaci. Při běžné vulkanizaci se organická makromolekula (kaučuk) zpevňuje krátkými můstky z několika molekul síry. V tomto případě se vlastnosti síry modifikují nevelkými organickými molekulami. Prakticky totožnou sloučeninu, jen trochu více uspořádanou, již prof.Puyn testoval jako velmi vhodný materiál pro výrobu elektrod do lithiových akumulátorů.

 

Zázračná zbraň

14.7.2014

Zázračná bambitka Šárka z Bohatýrské trilogie od Vlastimila Rady a Jaroslava Žáka se stává skutkem. Tato vymyšlená zázračná zbraň desperáta Radiona Mac Peresama střílela, kam si její majitel přál. Americká agentura DARPA, organizace amerického ministerstva obrany pro financování vojenského výzkumu, v rámci svého programu EXACTO (Extreme Accuracy Tasked Ordnance) předvedla první řízenou střelu pro ruční palnou zbraň. Vyvinula ji společnost Teledyne Scientific & Imaging. Střelu ráže 0,5 palce (12,7 mm) lze vypálit z jakékoli zbraně schopné střílet kulometné náboje typ 0,5 BMG (Browning Machine Gun), kterou jsou dlouhé 99 mm. Řídí ji čtyři elektromagneticky ovládaná křidélka a navádí laserový paprsek. První úspěšný test proběhl roku 2012. Let střely vidíme na tomto videu. Dostřel činí 2.000 m.

 

Prstočtečka

9.7.2014
Takto se s FingerReaderem pracuje, foto MIT Media Lab

Prototyp zařízení, které nahlas přečte vytištěný text a dá se nosit navlečené na prstu, sestrojil experti z MIT Media Lab pod vedením prof.Pattie Maes. Jak vidíme na obrázku (foto MIT Media Lab), FingerReader vypadá jako hodně velký prsten. Kamera snímá text, na který prst ukazuje. Software identifikuje slova a pomocí reproduktoru je převede na zvukový signál. Mechanickým tlakem na prst dostává čtenář informace o začátku a konci řádku, stránky atp. Čtení je sice trochu pomalé, ale pro nevidomé nebo špatně vidící to může být skvělá pomůcka. Na tomto videu si můžeme prohlédnout, jak to funguje.

 

Největší pták

8.7.2014
umělecká rekonstrukce P.sandersi, obr.Liz Bradford

Zkamenělé kosti největšího létajícího ptáka Pelagornis sandersi prostudoval paleontolog Daniel Ksepka z Bruce Museum v americkém Connecticutu. Rozpětí jeho křídel bylo až 6,4 m, což je dvojnásobek oproti albatrosu stěhovavému. Rozpětí jeho křídel přesahuje 3 m a jde o největšího žijícího ptáka. Velikost v tomto případě posuzujeme podle rozpětí křídel. Vezme-li jako kritérium hmotnost, pak rekordmany jsou nelétaví ptáci a P.sandersi se svými nanejvýš 40 kg se jim rovnat nemůže. Objevil se před 28 miliony let a před 3 miliony let vyhynul. Obýval mořské pobřeží a mohl létat rychlostí až 60 km/hod. První pozůstatky objevil dobrovolník Charlestonského muzea James Malcom v roce 1983 během zemních prací při výstavbě nového terminálu Charlestonského mezinárodního letiště. Na obrázku vidíme jeho uměleckou rekonstrukci od Liz Bradford.

 

Rostliny bedlivě naslouchají

7.7.2014
housenka požírající list huseníčku se zrcátkem, University of Missouri

Housenky pochutnávající si na listech způsobují vibrace, které rostlina vnímá a přizpůsobuje podle nich svou obranu. H. M. Appel a prof.R. B. Cocroft z University of Missouri pásli zelené housenky běláska řepového (Pieris rapae) na oblíbené pokusné rostlině huseníčku rolním (Arabidopsis thaliana). Vibrace způsobené okusováním zachycovali pomocí zrcátka připevněného na listu, od kterého se odrážel laserový paprsek. Jejich frekvence se pohybuje v rozmezí 100 - 3.000 Hz. Podstatné rozdíly oproti jiným přírodním vibracím, které způsobuje např.vítr nebo ptačí zpět, jsou v amplitudách při různých frekvencích. Působením zvuků pasoucích se housenek se podařilo zvýšit produkci jednoho typu ochranných látek, alifatických glykosinolátů (thioglykosidů) i u nenapadených rostlin. Glykosidy jsou deriváty sacharidů, glykosinoláty jsou glykosidy s obsahem síry, které rostliny často využívají kvůli jejich štiplavému aroma k ochraně proti škůdcům. Housenku požírající list se zrcátkem vidíme na obrázku (University of Missouri ).

 

Vytiskněte si cihlu

6.7.2014
tisk od J.E.Sabin (3D Printing and Additive Manufacturing, Vol.1, No. 2, Mary Ann Liebert, Inc. 2014,  DOI: 10.1089/3dp.2014.0012)

Aditivní technologie, neboli 3D tisk, se začínají využívat i ve stavebnictví, zatím pro tisk celých domů. Jenny E. Sabin, Martin Miller, Nicholas Cassab a Andrew Lucia z Cornell University v Ithace ve státě New York testují možnosti 3D tisku pro tisk nestandardních tvarů stavebních prvků z keramiky. Jde o cihly nejrůznějších tvarů.Nechtějí tisknout celé stavby, ale pouze ty jejich části, které nelze levně vyrobit ve velkém. Na obrázku vidíme tisk od J.E.Sabin (3D Printing and Additive Manufacturing, Vol.1, No. 2, Mary Ann Liebert, Inc. 2014, DOI: 10.1089/3dp.2014.0012).

Jitka 6.7.2014: Jako všechno z nových technologií, i třírozměrná tiskárna se dá velmi zneužít. Například k rychlé a docela nenápadné padělku/tisku klíčů od aut, bytů nebo trezorů. Avšak docela strašná může být tato metoda v rukou zločinců a fanatiků. Hle: http://www.pcworld.com/article/241605/criminals_find_new_uses_for_3d_printing.html. Ale pokrok nezastavíte a tak lze jen doufat, že dobro zvítězí.

Pavel 8.7.2014: Aditivní technologie se snad ve stavebnictví užívají odnepaměti. Aspoň já jsem nikdy neviděl, že by někdo stavěl barák tak, že udělá kvádr z betonu, a pak si ten barák z něj vyteše. Stavba z cihel, i litý beton není nic jiného než 3D tisk, jen ta tiskárna není až tak automatizovaná...

 

Polární záři na Saturnu

4.7.2014
Snímku Saturnova jižního pólu pořízené Hubbleovým teleskopem v rozemezí dvou dnů (foto NASA).

důkladně prozkoumal Hubbleův teleskop v oblasti ultrafialového záření v okolí jeho jižního pólu. Družice Cassini sledovala radiové vlny a sluneční vítr na témž místě. Na obrázku (foto NASA) vidíme polární záři v okolí Saturnova jižního pólu, která trvala minimálně dva pozemské dny. Je to podstatně déle než na Zemi, kde stejný jev trvá několik minut. Způsob vzniku je stejný. Polární záře je ve Sluneční soustavě běžný jev, který se vyskytuje i u planet bez magnetického pole.

 

Špiclováním k diagnostice

3.7.2014

Automatické rozpoznávání tváří může kromě hledání zločinců a všeobecnému špiclování posloužit i lékařským účelům. Vývoji algoritmů, které z fotografie umožní rozpoznat některá geneticky podmíněná onemocnění, se věnuje Dr.Christoffer Nellaker se svými kolegy z University of Oxford. Downův syndrom neboli trisomii 21 zpravidla podle rysů tváře rozpozná i laik. Nicméně jsou i další obdobné nemoci, které se neprojevují zdaleka tak výrazně, přesto jsou rozeznatelné. Např.Angelmanův syndrom nebo pravá progerie. Automatizace celého procesu díky své jednoduchosti umožní plošnou diagnostiku a uskuteční, co někteří léčitelé provádějí běžně - diagnostiku podle zaslané fotografie. Geneticky podmíněných onemocnění je celá řada a zdaleka nejsou uspokojivě prozkoumána. Odhaduje se, že nějaká jejich forma postihuje každého 17 člověka. Diagnostika z fotografií bude mít význam spíš v méně vyspělých oblastech světa. Ve vyspělém světě se těmto onemocněním věnuje velká pozornost a vývoj směřuje spíše k provádění prenatální diagnostiky (před narozením) pomocí metod moderní genetiky. Vzhledem k tomu, že v řadě případů se rodiče v případě zjištěného vážného poškození plodu rozhodnou pro potrat, ubývá lidí s tímto typem onemocnění. Ubývá tudíž i lékařů, kteří díky své zkušenosti jsou schopni rozeznávat některé z nich podle jejich vnějších projevů. Jejich znalosti přejdou do podoby algoritmů, které v tomto případě budou nejspíš schopny něco odhalit i tam, kde i zkušený lékař nic nevidí.

 

Pach malárie

1.7.2014

Prvok zimnička Plasmodium chabaudii, původce malárie u hlodavců, dokáže pozměnit pach svého hostitele tak, aby byl přitažlivější pro jejich přenašeče, komáry. Zjistili to prof. Consuelo De Moraes, prof. Andrew F. Read a doc. Mark Mescher se svými kolegy z Pennsylvania State University. Komáry přednostně přitahovaly infikované myši, i když se žádné viditelné symptomy neprojevovaly. Způsobuje to zvýšené množství těkavých sloučenin v tělesném pachu. Aby vyloučili jiné možné příčiny, oddělili myši od jejich zápachu. Komáry přitahoval i samotný extrakt, přítomnost myší nebyla vůbec nutná. Není vyloučeno, že na základě důkladného výzkumu v této oblasti se podaří zlepšit jak diagnostiku, tak léčení malárie.

 

Poslední příspěvky