Ciepłe prądy, leczenie złamanych serc i agrowoltaika – #057

Arkadiusz 00:00

Jak i dlaczego zmieniają się prądy oceaniczne i co to może znaczyć dla ludzi? Jak wyleczyć złamane serce i czy sekret odnaleziono w głowie? Arkadiusz Polak, witajcie w kolejnym odcinku podkastu Naukowo, w którym opowiem też o łączeniu produkcji żywności i energii oraz o reakcji ptaków na fale upałów. Jeśli dzisiejsze wydanie Wam się spodoba to polecam Waszej uwadze także archiwalne odcinki, znajdziecie w nich mnóstwo ciekawych badań na przeróżne tematy. Polecajcie też, proszę, podkast swoim znajomym i udostępniajcie go w social-mediach to dla mnie ogromna pomoc w docieraniu do nowych słuchaczy, wielkie dzięki za każde polubienie i subskrypcję podkastu. Nie przedłużając - zapraszam na odcinek!

Arkadiusz 00:49

Co się dzieje z ciepłem, które wygenerował człowiek spalając paliwa kopalne? Nic w przyrodzie nie ginie, a te ogromne ilości ciepła pochłaniane są przez oceany. Ale nie wszędzie w taki sam sposób i w podobnym tempie. Ciepło pochłaniane jest najbardziej przez szybkie i wąskie prądy oceaniczne, które działają wzdłuż wschodnich wybrzeży kontynentów, ciepła woda w nich zawarta transportowana jest z tropików w stronę biegunów. Te naturalne mechanizmy mają ogromne znaczenie dla człowieka, zachodnie prądy graniczne mijają gęsto zaludnione wybrzeża w różnych miejscach świata: w Afryce Południowej, Australii czy Brazylii. Prąd Zatokowy, przykład najbardziej nam bliski, zapewnia Europie klimat o wiele cieplejszy niż wynikałoby to z szerokości geograficznej. To jeden z największych zbadanych prądów morskich na świecie, transportując ciepło ogrzewa Europę, a o jego sile niech stanowi fakt, że można go obserwować nawet z kosmosu, zmiany termiczne są rejestrowane przez masę satelitów. Prąd Zatokowy rozpoczyna się przed przylądkiem Hatteras u wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych, by pokonując ogrom Oceanu Atlantyckiego w efekcie oddać ciepło do atmosfery w okolicach Europy. Oczywiście sam prąd jest bardzo skomplikowany, na swojej drodze łączy się z innymi prądami, rozdziela, podlega też sezonowym zmianom. Niemniej efekt jego działania odczuwamy w Europie powszechnie, podobnie jak w innych częściach świata oddziałują inne prądy: Południowoafrykański na Oceanie Indyjskim, Wschodnioaustralijski na Pacyfiku i Brazylijski na Oceanie Atlantyckim. Te prądy graniczne są szczególnie istotne na półkuli południowej, ponieważ tam oceany zajmują aż 80% powierzchni w porównaniu do 60% na półkuli północnej. Od 1993 roku prądy te regularnie przesuwają się na południe, przejmując ciepło z tropików, które oddają wraz z wilgocią podczas przepływu. W ich najbardziej południowych częściach, ciepło, które niosą, wypiera zimniejszy ocean i gwałtownie go ogrzewa. Dzieje się tak dzięki potężnym wirom wody, w miarę jak wiry stają się szybsze i bardziej obciążone ciepłem, przenoszą je dalej na południe i ostatecznie w głąb oceanu. Te chaotyczne mieszadła są naprawdę duże mogąc osiągać wielkości nawet 200 km szerokości. To ułatwia obserwację, dlatego w listopadzie tego roku NASA we współpracy z innymi agencjami ma umieścić na orbicie kolejnego satelitę misji badającej właśnie te wiry, prądy oceaniczne i powierzchnię oceanów, aby jeszcze dokładniej badać w jaki sposób ocean wpływa na globalne temperatury i zmiany klimatyczne. Do tej skomplikowanej układanki dorzucimy teraz kolejny element - wiatry. Ludzie chętnie z nich korzystali, gdy trzeba było transportować towary na żaglowcach pokonujących drogę ze wschodu na zachód, wiatry wiejące stale z południowego wschodu przez tropiki i subtropiki znacznie to ułatwiały. Ale nieco dalej na południe to Ryczące Czterdziestki - zachodnie wiatry będące postrachem żeglarzy. Ze względu na dużą prędkość, napędzają częste sztormy czyniąc przez to południowe akweny niebezpiecznymi dla żeglugi. Równocześnie będąc nośnikami zimnych frontów, wiatry te często zbaczają nad południową Australię, gdzie przynoszą jakże potrzebne deszcze. Nowa praca naukowa łączy te wszystkie elementy i tłumaczy mechanizmy zmian w działaniu prądów oceanicznych. Silne wschodnie wiatry średnich szerokości geograficznych przesuwają się na południe, pędząc zachodnie prądy graniczne dalej na południe i prowadząc do szybszego ocieplenia oceanu w tych obszarach. A to może mieć silnie odczuwane konsekwencje dla ludzi. Zachodnie prądy graniczne stabilizują klimat, powodują, że jest on na wybrzeżach łagodny. Zmiany w ich działaniu doprowadzą do innego obiegu ciepła co wpływać będzie nie tylko na morskie ekosystemy, ale także na lokalną pogodę, badacze sugerują, że zwiększenie intensywności wirów napędzanych przez wiatry, doprowadzi do przesuwania się ciepłych wód w kierunku brzegów, dramatycznie zmieniając życie setek milionów mieszkańców wybrzeży Afryki, Australii czy Brazylii.

Arkadiusz 04:59

Sposób na to jak wyleczyć serce złamane w skutek rozstania, zdrady czy niespełnionej miłości byłby na pewno niezwykle cenny dla wielu ludzi na świecie. Bardzo bym chciał przekazać Wam, że nauka go odkryła, niestety tym razem leczenie złamanych serc będzie miało nieco bardziej dosłowne znaczenie i dotyczyć będzie problemów układu krążenia. Choroby go dotykające są główną przyczyną śmiertelności w krajach rozwiniętych i mogą prowadzić między innymi do zawałów. Wskutek tego serce może stracić nawet 25% miocytów, czyli głównych komórek kurczliwych serca. Organizm ma pewne możliwości odbudowy serca po zawale, robią to miocyty, problem w tym, że ich skuteczność w regeneracji serca jest mocno ograniczona i nie wystarcza do tego by przywrócić serce do pełnej sprawności. Uszkodzone serce zamienia wówczas martwe komórki włóknistą tkanką bliznowatą co sprawia, że staje się słabsze, mniej zdolne do normalnego pompowania krwi w całym organizmie i utrzymania normalnego rytmu. Nowa praca odkryła pewien czynnik, który pomaga w odbudowie serca. Cały proces regeneracji zaczyna się w nasierdziu, które stanowi zewnętrzną warstwę tkanek serca. To tam, po zawale, komórki wędrują w głębsze warstwy serca, gdzie znajdują się mięśnie i przekształcają się w komórki macierzyste, które następnie mogą przekształcić się w kilka typów komórek serca, w tym potrzebne do naprawy miocyty. Choć proces ten badano na zwierzętach to istnieją pewne dowody, że zachodzi on również u ludzi, ale jest nieefektywny, ilość produkowanych w ten sposób miocytów jest za mała. W poszukiwaniu czegoś co pobudzi cały mechanizm do działania postanowiono zajrzeć do mózgu. Mózg bowiem ściśle współpracuje z sercem, części mózgu takie jak podwzgórze i przysadka mózgowa, odgrywają szczególnie ważną rolę w utrzymaniu prawidłowej funkcji układu krążenia poprzez uwalnianie różnych hormonów. A oś sygnalizacyjna mózg-serce reguluje rytm serca, ciśnienie krwi oraz funkcję skurczową i rozkurczową, co więcej wcześniejsze badania dostarczyły pewnych dowodów na związek między hormonami takimi jak estrogen czy kortyzol a regeneracją serca. Nowe badanie sprawdziło inny hormon - oksytocynę, produkowaną przez podwzgórze. Nie bez przyczyny nazywana jest ona "hormonem miłości", dostarcza nam bowiem w życiu wiele przyjemności. Pełni przede wszystkim ważną rolę, jeśli chodzi o społeczne więzi, stosunki międzyludzkie czy budowanie zaufania. Jej poziom wzrasta, gdy ludzie przytulają się, uprawiają seks czy przeżywają orgazm, ale wspiera ona także inne funkcje organizmu takie jak wywoływanie skurczy podczas porodu czy obniżanie ciśnienia krwi. Naukowcy przeprowadzili próby na pewnym gatunku ryb akwariowych, danio pręgowany znany jest z tego, że potrafi regenerować tkanki swojego ciała w tym serce. W zaledwie trzy dni po urazie serca, ich mózgi pompują ogromne ilości oksytocyny do organizmu, produkując jej nawet 20 razy więcej niż przed urazem. Hormon ten podłączając się do receptorów rozpoczynał proces przekształcania komórek nasierdzia w nowe miocyty, naprawiające uszkodzenia serca. Następnie badacze spróbowali powtórzyć ten proces na ludzkich komórkach, hodowanych w naczyniu laboratoryjnym, poddając je działaniu "hormonu miłości". Przetestowali także 14 innych hormonów, które ludzki mózg produkuje, ale żaden z nich, poza oksytocyną, nie uruchomił mechanizmu przemiany komórek. Leki z oksytocyną mogłyby być kluczową terapią pomagającą sercu odbudować się po urazie, przyspieszając rekonwalescencje osób po zawałach i zapobiegając dalszym uszkodzeniom naszej pompy krwi. Ale droga do tego daleka, trzeba tu jasno podkreślić, że omawiana praca to jedynie wstęp do dalszych badań na zwierzętach czy ludziach, która pokazuje jednocześnie jak ścisły i znaczący jest związek między ludzkim mózgiem, a działaniem serca.

Arkadiusz 08:56

Wraz z postępującymi zmianami klimatu coraz mniej terenów nadawać się będzie do uprawy pożywienia czy hodowli zwierząt. W niektórych krajach takich jak Kenia ogromne susze już teraz zachwiały bezpieczeństwem żywnościowym i dostępem do wody. Równocześnie, aby sprostać wyzwaniom klimatycznym świat dąży do zahamowania wzrostu temperatury i zerowej emisji netto, a to oznacza potrzebę odchodzenia od paliw kopalnych i zwiększania udziału źródeł takich jak energia słoneczna. Zresztą jak ważna jest dywersyfikacja energetyczna pokazuje też przykład państw, które uzależniły się od rosyjskich węglowodorów, a dziś w obliczu zbrodniczej napaści Rosji na Ukrainę, są w nie najlepszej sytuacji przed nadchodzącą zimą. Dlatego Wielka Brytania chce w ciągu 3 lat zwiększyć swoją produkcję energii słonecznej dwukrotnie, ale aby to zrobić, potrzebne są tereny, które wykorzystać można pod nowe farmy paneli fotowoltaicznych. Dość powiedzieć, że gdyby Stany Zjednoczone chciały osiągnąć zerową emisję netto musiałyby pokryć panelami teren wielkości stanu Wirginia Zachodnia. I tu pojawia się problem w zarządzaniu gruntami, przeznaczać je bardziej na rolnictwo czy pod budowę nowych farm słonecznych? Istnieje jednak pomysł, który łączy te dwie pozorne sprzeczności. Jest nim agrowoltaika, czyli połączenie produkcji żywności i energii na tej samej działce, parki słoneczne budowane w specyficzny sposób i dające wiele korzyści. Panele słoneczne są tam stawiane na rusztowaniach w większej odległości od siebie, w taki sposób, aby słońce docierało również pod nie, także dzięki uniesieniu całych konstrukcji. Dzięki temu pod panelami można uprawiać rośliny czy hodować zwierzęta na przykład jagnięta. Taka symbioza roślin i paneli daje korzyści obu stronom. Najprostsze tego typu systemy można traktować po prostu jak łąkę, wykorzystując ziemię pod panelami do uprawy roślin tak potrzebnych zapylaczom, zwiększając bioróżnorodność i produkcję na okolicznych polach uprawnych. Ale bardziej skomplikowane systemy zakładają również możliwość produkcji żywności pod panelami. I nie jest to żadna mrzonka, ponieważ już istnieją, od 15 lat buduje się je w Europie, Azji czy USA, w ciągu 10 lat farmy łączące produkcję żywności i energii osiągnęły taką samą moc słoneczną jak cała Wielka Brytania, wzrastając z pięciu do 14 000 megawatów. Oczywiście to, ile zasobów wyprodukują takie farmy zależy od ich położenia. W ciemniejszych i chłodniejszych krajach takich jak Niemcy gęstość paneli musi być mniejsza, aby światło docierało do roślin pod nimi. W takich miejscach wydajność mierzona oddzielnie dla plonów i energii jest niższa niż na terenach wykorzystywanych tylko pod rolnictwo czy farmy. Ale gdy liczymy to razem, to produktywność takiej działki jest wyższa, ponieważ w tym samym czasie produkuje dwa zasoby żywność i energię. Natomiast tam, gdzie warunki są sprzyjające ilość plonów znacząco rośnie. Na jednej z badanych farm w Arizonie produkcja pomidorów podwoiła się, a papryki potroiła, gdy hodowano je pod panelami. W Kenii plony kapusty były o 24% większe przy jednoczesnym zmniejszeniu użycia wody o prawie połowę. Panele osłaniają bowiem rośliny przed uszkodzeniem przez promieniowanie UV, mają one też mniejsze zapotrzebowanie na nawadnianie. W niektórych miejscach o specyficznym klimacie panele okazały się również wydłużać sezon wegetacyjny niektórych upraw poprzez utrzymywanie ich w cieple w nocy, gdy temperatura spada. W zamian za ochronę rośliny zapewniają panelom równie ważną korzyść - chłodzenie. Pod wpływem bardzo wysokich temperatur krzem znajdujący się w panelach fotowoltaicznych nienaturalnie się nagrzewa, co może prowadzić do gwałtownego spadku napięcia modułów, a tym samym do obniżenia ich efektywności energetycznej. Powyżej 25C panele zaczynają pomału tracić wydajność, aż do nawet 15% mocy modułu, gdy temperatura przekroczy 40C. Rośliny, które uprawiane są pod panelami zapewniają im chłodzenie ewaporacyjne, jest to proces, który przebiega poprzez odparowanie wody, korzystano z niego już w starożytności. Rzymianie czy Persowie budowali kanaty, czyli kanały pod budynkami, które wypełnione wodą i wspomagane przez cyrkulację powietrza zapewniały prostą klimatyzację. Wilgoć w piwnicy parowała, zmniejszając temperaturę powietrza, a jego cyrkulacja zapobiegała powstawaniu stęchlizny. W niektórych domach schłodzone i lekko wilgotne powietrze wypływające z piwnicy rozprowadzano siecią pobocznych kanałów do pomieszczeń mieszkalnych. W ten sposób rośliny od spodu chłodzą nagrzewające się panele, co ma spore znaczenie na dachach budynków, gdzie również można stosować agrowoltaikę. Oczywiście cały pomysł musi zostać dopracowany, aby obniżyć koszty konstrukcji, zmniejszyć ilość materiałów potrzebnych do budowy wyższych farm paneli i koszty ich późniejszego utrzymania, czy opracować najbardziej optymalne rodzaje upraw pod takie systemy. Jednak ten dynamicznie rozwijany pomysł połączenia rolnictwa i produkcji energii, jest niezwykle ciekawy i po rozwiązaniu tych problemów może stać się dobrą komercyjną technologią na przyszłość, możliwą do stosowania na całym świecie.

Arkadiusz 14:16

Wydajność paneli słonecznych pod wpływem ciepła to mały problem w porównaniu do skutków jakie niosą upały dla ludzi, zwierząt i roślin. Ostatnie lata z falami upałów w różnych częściach świata spowodowały masę ludzkich tragedii, rozległe susze czy ogromne pożary. Choć w niektórych częściach świata zdarzają się one regularnie, to australijskie pożary w sezonie 2019/20 można nazwać prawdziwą katastrofą. Ponad 100 000 km2 spalonego terenu, śmierć kilkudziesięciu osób i ponad miliarda zwierząt, spalone domy i infrastruktura publiczna. Takie wydarzenia potrzebują nie tylko iskry, ale tęż odpowiednich warunków, które w Australii wystąpiły. To właśnie 2019 rok był najcieplejszym od chwili rozpoczęcia pomiarów temperatury, także ilość opadów była dużo mniejsza niż zwykle. I te warunki czynią spustoszenie nawet bez pożarów, jak donosi nowe badanie także wśród ptaków. Długoterminowe badania rozpoczęto w 1986 roku, ochotnicy łapali, oznaczali i wypuszczali ptaki w dwóch regionach Nowej Południowej Walii. W ten sposób pozyskano ogromny zbiór danych dotyczących 22 000 ptaków z 37 różnych gatunków takich jak miodojady, gołębie, szpaki, zięby czy chwostki. Po analizie danych badacze doszli do wniosków, że zimy nie powodowały dużego spadku wskaźnika przeżywalności ptaków. Natomiast latem sytuacja przedstawia się już zgoła inaczej. Gdy były one łagodne i temperatura nie przekraczała 38℃ to 86% ptaków swobodnie dożywała jesieni. Ale gdy w okresie letnim minimum przez 30 dni temperatura przekraczała 38℃ to tylko 59% ptaków przeżyło ten okres. Zgodnie z przewidywaniami, liczba takich dni ma się do końca wieku podwoić, a jeśli ludzie nie będą ograniczać emisji i doprowadzą do pogłębiania się ocieplenia to dla ptaków oznacza to zagładę - tylko 11% z nich przeżyje pełne upałów lata. Oczywiście są to tylko szacunki i pewne scenariusze, ale szacunkami nie są inne wyniki badań, które pokazują sposoby ptaków na fale ciepła. W tym celu przyglądano się ptakom podobnym do rudzików, przez 3 lata śledzono losy 40 par lęgowych. Gdy temperatura powietrza zbliżyła się do 35℃, ptaki przeniosły się na szczyty najwyższych drzew, gdzie wiatr schładzał ich ciała. Ale gdy temperatura osiągnęła 40C przeniosły się na ziemię, chroniąc się w zagłębieniach i dziuplach, tracąc jednocześnie masę ciała, ponieważ pozostając w ukryciu przed słońcem nie mogły żerować. Około 29% badanych dorosłych ptaków zostało uznanych za martwych w ciągu 24 godzin od chwili, w której temperatura powietrza osiągnęła rekordowe 49℃ w 2019 roku. Gdy temperatura podniosła się powyżej 42℃ wszystkie jaja w 41 obserwowanych gniazdach uległy zniszczeniu, podobnie jak 21 wyklutych już piskląt. Australia jest specyficznym kontynentem i zapewne wyniki podobnych badań w Europie byłby inne, pewnie nie tak bardzo dramatyczne. Ale jak pokazuje to badanie, jeśli jako ludzie nie będziemy nic robić w celu ograniczenia zmian klimatycznych, to skutki dla bioróżnorodności i przeżywalności zwierząt mogą być katastrofalne.

Arkadiusz 17:45

I tym pesymistycznym akcentem kończymy dzisiejszy odcinek, zapraszam na kolejny w środę, postaram się w nim o lepsze wiadomości. Zajrzyjcie też na stronę naukowo.net, znajdziecie tam masę ciekawych artykułów popularnonaukowych, zapraszam też do dołączenia do naszej społeczności na Discordzie – wszystkie linki znajdziecie w opisie odcinka. Życzę przemiłego weekendu, dzięki za dziś, do usłyszenia.