Новости науки: 10 событий июня
«Не знаю, доказал ли я это всем, но я точно доказал это себе: мы не прикованы к этой планете», — говорил Нил Армстронг (1930–2012), американский астронавт, первый человек, ступивший на Луну. О том, что современные ученые в очередной раз открыли на нашей планете и за ее пределами, узнаем в обзоре новостей науки за июнь.
Внутренний тормоз
Ученые Университета Южной Калифорнии (США) совместно с коллегами из Китайской академии наук выяснили, что внутреннее ядро Земли начало замедлять свою скорость относительно движения поверхности планеты около 2010 года.
«Меня сильно озадачили первые сейсмограммы, намекающие на это. Но затем еще пара десятков наблюдений, свидетельствующих о том же, не оставили сомнений: внутреннее ядро замедлилось впервые за много десятилетий. В последние годы ученые об этом спорили, но наше последнее исследование ставит в этом споре точку», — рассказал Джон Видейл, профессор факультета наук о Земле Университета Южной Калифорнии.
Внутреннее ядро Земли находится на глубине примерно 5000 метров. Оно представляет собой твердый шар из железоникелевого сплава размером приблизительно с Луну и окружено жидкой мантией из того же сплава. Добраться до него и как следует изучить для современных людей пока нереально. Поэтому ученые получают новые данные, в частности, фиксируя сейсмические волны при землетрясениях. Вот и теперь они собрали и проанализировали сейсмические данные 121 землетрясения в районе Южных Сандвичевых островов за период с 1991 по 2023 год, данные двух советских ядерных испытаний 1970-х годов, а также французских и американских ядерных испытаний.
Видейл отмечает, что замедление скорости внутреннего ядра было вызвано вращением жидкого железного внешнего ядра, которое и создает магнитное поле Земли, а также гравитационными притяжениями со стороны плотных областей вышележащей каменистой мантии.
Последствия этого замедления пока можно только предполагать. Профессор Видейл предполагает, что обратное движение внутреннего ядра может изменить продолжительность дня на доли секунды, заметить которые довольно сложно. Но необходимо продолжать следить за этим процессом. «Танец внутреннего ядра может быть еще более оживленным, чем мы подозревали до сих пор», — говорит ученый.
Дело пахнет керосином
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали систему позволяющую получить нефтепродукты из пластиковых отходов. Созданная ими технология работает с помощью универсального растворителя — воды в состоянии флюида.
«В обычном состоянии вода не обладает достаточными свойствами для разложения пластика. Однако это можно изменить. Мы поместили воду в замкнутую систему, нагрели до 373 °С и сжали под давлением выше 217 атмосфер. Так вещество достигло критической точки и перешло в состояние флюида, одновременно оставаясь жидкостью и газом. Это позволяет разрушать самые сложные химические цепочки промышленных отходов и при этом не дает им склеиваться обратно, создавая еще более сложные отходы. Вода становится не только одним из самых эффективных растворителей, но и самым экологически чистым», — говорит Глеб Иванов, аспирант-ассистент кафедры автоматики и телемеханики, резидент бизнес-инкубатора «Динамика роста» ПНИПУ.
Решение специалистов ПНИПУ уникально, поскольку предварительно сортировать и очищать сырье не нужно: оно сразу перерабатывается в готовый товар. К тому же в отличие от аналогов, которые могут перерабатывать лишь 5–10 однотипных видов промышленных отходов, этот прибор работает более чем со 100 видами. При этом устройству требуется в четыре раза меньше рабочей площади, а проблем с комплектующими не будет, так как они все российского производства.
«Существующие технологии переработки пластика, например за счет горения, позволяют получать очищенные вторичные гранулы, в то время как результат нашего решения — исходный нефтепродукт, который может быть использован для производства топлива. Предлагаемое решение разделяет сложные отходы на простые составляющие, для них не требуется отдельный рынок сбыта, как в случае со вторичным сырьем. На выходе получаются различные виды топлива: бензин, керосин, дизель, суммарно до 85% от общего объема исходного сырья. Все, что не смогут переработать другие, сможем мы», — объясняет Олег Иванов, научный руководитель проекта, главный технолог «НЭП-Пермь».
И как после этого в любовь верить?
Биологи Мельбурнского университета (Австралия) считают, что лебеди не такие уж и верные. Точнее, не 100% пар этих прекрасных птиц сохраняют свои отношения на протяжении всей жизни, как принято считать. «Мы наблюдали пары, которые проводят вместе долгие годы, и видели по меньшей мере одну семью, остававшуюся вместе на протяжении всего нашего исследования, которое длилось 18 лет», — рассказал Рауль Малдер из Школы биологических наук Мельбурнского университета.
Исследователи наблюдали все эти годы за черными лебедями в Альберт-парке Мельбурна: объектом их изучения стали около 2000 окольцованных птиц. Выяснилось, что примерно 10% пар распадаются через несколько месяцев после начала отношений. Более того, даже около 40% крепких пар брали паузу и два-три месяца жили отдельно. Причем один представитель пары улетал аж в другие части города, пока его вторая половина оставалась на месте. «Половина из тех, кто взял перерыв, после расстались навсегда, но другие остались вместе и были, очевидно, столь же преданы друг другу, как и раньше», — отмечает Винсент Ноулз, аспирант университета.
А еще ученые узнали, что примерно один из шести лебедей на озере рождается от самца, не входящего в пару. То есть и измены у черных лебедей встречаются. Об этом рассказало исследование ДНК.
Также стало понятно, что успешные дуэты более синхронизированы, чем те, которые не образуют пары. Они не просто делают одни и те же вещи — например, едят, летают, чистят перья и плавают: они делают это одновременно. Лебеди могут быть случайным образом синхронизированы на 25%. Однако пары лебедей делают одно и то же в одно и то же время примерно в 60–70% случаев.
На дне все под контролем
Ученые Севастопольского государственного университета (СевГУ) придумали, как создать уникальную систему позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), которая позволит управлять их движением с точностью до нескольких миллиметров. Ведь пока способы геолокации, которые можно применять на земле, под водой не работают, поскольку вода не позволяет пропускать сигналы, поддерживающие связь со спутником.
«Метод основан на использовании двух принципиально разных волновых процессов: акустического, он же информационный, и электромагнитного, или оптического, которые нужны, чтобы сформировать в двух точках пространства синфазные опорные колебания. Это позволит создать фазовую радиотехническую систему измерения дальности, которая обладает наивысшими параметрами точности, до нескольких миллиметров на финальной стадии причаливания. Ни один из существующих методов не обеспечивает такой точности. Предварительные исследования показывают, что поставленная цель будет достигнута», — рассказал Игорь Широков, профессор кафедры «электронная техника».
AI-Generated Image/shutterstock.com
Система позиционирования пригодится для обследования морского дна, очистки акваторий, детального обследования причальной инфраструктуры, подводных археологических исследований, разведения аквакультур и даже для создания подводных городов. Специалисты СевГУ планируют в течение двух лет разработать эту систему и внедрить ее в жизнь.
Глобальное потепление грозит великой засухой
Группа климатологов и почвоведов Австралии, Австрии, Германии и Канады под руководством Зузанны Бенц из Университета Далхаузи (Канада), пришла к неутешительному выводу, что к 2100 году у людей могут возникнуть проблемы с питьевой водой.
«Почва содержит в себе самое большое количество пресной воды на Земле, что делает грунтовые воды критически важными для выживания жизни на нашей планете. Проведенные нами расчеты показывают, что температура грунтовых вод вырастет на 2,1 °С к 2100 году. В результате этого к концу века до 588 млн человек будут проживать на территориях, где грунтовые воды нельзя будет употреблять из-за чрезмерно высокой температуры», — пишут исследователи.
Свои прогнозы исследователи построили на изучении данных температур мировых грунтовых вод за 2000–2020 годы. За эти годы вода потеплела в среднем на 0,3 °С. Модель прогноза температуры грунтовых вод также опирается на данные о теплофизических свойствах почв и пород, потоках тепла. Даже если будут активно снижаться выбросы парниковых газов, то к концу XXI века среднее потепление грунтовых вод может составить 2,1 °С, а если они будут расти текущими темпами, то средняя температура верней прослойки грунтовых вод вырастет на 3,5 °С. В любом случае оба этих варианта ускорят метаболизм почвенных микробов и проникновение в грунтовую воду ионов тяжелых металлов и других загрязнителей.
Маменькины кельты
Группа палеонтологов из Германии узнала, что власть у кельтов, живших в регионах Западной и Центральной Европы до того, как туда пришли римляне, передавалась по материнской линии. Что вообще-то было весьма нехарактерно для других народов железного века.
«Мы провели генетический и изотопный анализ для останков кельтов, погребенных в курганах на территории юга современной Германии в 200–616 годах до н. э. Нам удалось раскрыть несколько семейных связей между представителями кельтской знати, некоторые из которых жили на расстоянии 100 километров друг от друга. Анализ этих связей указывает на то, что власть в племенах кельтов передавалась по материнской линии», — говорят ученые.
Исследуемые останки были найдены в богатых захоронениях, где покоились правители, состоятельные жители поселений или люди, которым местные племена кельтов поклонялись по тем или иным причинам. В этих аристократических курганах было захоронено много золотых украшений, предметов быта, даже повозок.
Геномный анализ останков 31 кельта из соседних курганов юга Германии показал, что среди них много близкородственных субъектов. В связи с этим ученые внимательнее изучили родственные связи между кельтами из курганов Эбердинген-Хохдорф и Асперг-Графенбюль на юге страны в земле Баден-Вюртемберг примерно в 10 километрах друг от друга. Выяснилось, что погребенные вожди с большей долей вероятности были дядей и племянником. Скорее всего, сестра вождя из Хохдорфа была матерью вождя из Асперга. Кстати, это делало их ближе к древним римлянам и этрускам: те тоже имели практику передачи власти по материнской линии.
Парник для инопланетян
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) предложили новый способ поиска внеземных цивилизаций — по парниковым газам.
Земные ученые уверены, что, если где-то существует высокоразвитая цивилизация, она захочет подстроить окружающую среду под себя. Поскольку большинство аналогичных Земле планет, обнаруженных в последние годы, довольно холодны, астрономы и астробиологи посчитали, что добавка в атмосферу небольшого количества стабильных парниковых газов пошла бы этим мирам на пользу. Ведь фторированные версии метана, этана и пропана, а также соединения фтора с серой или азотом отлично помогают согреть планету. В частности, гексафторид серы (SF6) согревает планету в 23 500 раз лучше, чем СО2. Так что и газа этого потребуется не так уж и много, чтобы приблизить температуру холодных планет к комфортной земной. Кстати, еще одним важным преимуществом этой пятерки газов можно считать их долговечность. Сохраняются они в атмосфере не один десяток тысяч лет.
«Даже если в атмосфере землеподобной планеты присутствует лишь одна молекула этих газов на миллион других молекул, то их можно будет обнаружить при помощи уже существующих и строящихся инструментов. Этого же количества парниковых газов также будет вполне хватать для того, чтобы они могли существенным образом влиять на климат данных экзопланет», — пояснил Эдвард Швитерман, доцент Калифорнийского университета в Риверсайде.
Самолеты не на выброс
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) знают, как снизить вредные выбросы авиадвигателей. Ведь авиация является одним из серьезных источников выбросов вредных веществ, особенно оксидов азота, получаемых в результате сжигания топлива.
Для того чтобы создать экологичные авиадвигатели, нужна более совершенная система автоматического управления. Особенно сложно управлять камерой сгорания газотурбинного двигателя, ведь важно не только минимизировать выбросы, но и обеспечить стабильную работу агрегата. С помощью разработанной учеными ПНИПУ системы можно снизить концентрацию выбросов оксидов азота более чем на 3%, сохранив стабильность работы камеры сгорания. «Решение подразумевает коррекцию расхода топлива между коллекторами камеры сгорания за счет введения обратной связи по оксидам азота в систему автоматического управления двигателем. По задумке, информация о состоянии двигателя поступает в электронный регулятор, который обрабатывает ее и формирует управляющее воздействие. Устойчивость горения при этом обеспечивается равномерным перераспределением топливовоздушной смеси с помощью коллекторов», — говорят ученые.
Они предложили использовать два адаптивных нейронных измерителя. «Значения, полученные от двух нейронных измерителей, сравниваются и анализируются. Если текущее значение оксидов азота, определенное вторым измерителем, отклоняется от эталонного значения первого, то система автоматически корректирует расход топлива. Именно этот показатель в совокупности с температурой в камере сгорания напрямую влияет на выбросы. Разработанный регулятор в автоматическом режиме перераспределяет топливо между коллекторами. Таким образом достигается баланс между экономичностью процесса и соблюдением экологических норм», — объяснил Александр Южаков, заведующий кафедрой автоматики и телемеханики, доктор технических наук.
Эффективность разработки уже подтвердилась результатами моделирования: выброс оксидов азота можно уменьшить с 2,14 до 2,06 килограмма, это примерно 3,74%.
Возраст ошибок
Ученые из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук и Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) объяснили, как формируется грамотность. Понятно, что к концу начальной школы дети могут читать часто встречающиеся слова, что называется, на автомате. И даже могут отличать слова от несвязного набора букв.
Участниками исследования стали дети в возрасте 8–10 лет, подростки в возрасте 11–14 лет и взрослые в возрасте 18–39 лет. Все они являются носителями русского языка, никто из волонтеров не имел проблем с правописанием. Вызванные потенциалы (отклик мозга на тот или иной стимул), связанные с распознаванием орфографических ошибок, были изучены с помощью электроэнцефалографии. Участники эксперимента читали существительные, написанные орфографически верно или, наоборот, с ошибкой. Волонтерам нужно было определить, правильно ли написано слово.
В результате на поведенческом уровне все исследуемые группы успешно обнаруживали правильно написанные слова и слова с ошибками. Средний процент ошибок даже в группе детей 8–10 лет не превышал 14%. Но дети давали больше неправильных ответов и дольше думали над ответом, чем подростки и взрослые. «В нашем исследовании взрослые и подростки не различались по времени реакции ни на один из типов стимулов: они одинаково быстро распознавали правильно написанные и неправильно написанные слова, то есть, вероятно, использовали схожие стратегии чтения и распознавания орфографии. Тем не менее процент неправильно идентифицированных слов с ошибками в раннем подростковом возрасте был выше, чем у взрослых, что может указывать на то, что в этом возрасте все еще развивается орфографическая чувствительность», — говорит Ольга Мартынова, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Института когнитивных нейронаук, академический руководитель программы бакалавриата «Когнитивная нейробиология» факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ.
Детям младшего школьного возраста слова с ошибками пока обработать труднее. А вот у подростков 11–14 лет распознавание правописания было лучше лишь на более позднем этапе, взрослые же реагировали почти мгновенно. В итоге ученые сделали вывод, что орфографическая чувствительность может развиваться, по крайней мере, до 14 лет.
Золото греет не только скупцов
Ученые из Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН нашли способ сделать сельскохозяйственные культуры более устойчивыми к холодам. Для этого они обработали наночастицами золота семена пшеницы генотипа «злата» — раннеспелый высокоурожайный яровой сорт, который используется в более чем 50% хозяйств. Этот сорт выдерживает заморозки до –3 °С. Однако биологам удалось улучшить показатель.
Ученые взяли наночастицы золота, синтезированные из хлорауриновой кислоты — соединения, используемого в медицине. Их размер — 20 нанометров, что в 700 раз меньше диаметра волоса человека. Такой крошечный размер позволяет частицам проникать сквозь оболочки семян внутрь клеток и менять обмен веществ растения.
Исследователи опробовали растворы нанозолота разных концентраций (5, 10, 20 и 50 микрограмм в миллилитре). В растворах замачивали семена, затем выращивали из них растения, которые в 10-дневном возрасте на неделю помещали в камеру с температурой 4 °С для закалки. После этого каждые 24 часа температуру снижали на 2 °С. Выяснилось, что при нулевой температуре выжили все растения, при –3°С — 60% не обработанных наночастицами и до 97% прошедших обработку. При –5 °С все необработанные растения погибли, а из тех, что обработке подверглись, выжило 50%.
Биологи также изучили биохимические и молекулярно-генетические показатели листьев пшеницы. Оказалось, что обработка наночастицами золота на 16% увеличила содержание сахаров в клетках. Сахар как источник энергии важен для растений, поэтому селекционеры выводят сорта, способные в условиях холода накопить его в листьях, что помогает спасти культуры от обезвоживания и замерзания. Также обработка в восемь раз повысила активность гена Wcor15, ответственного за холодоустойчивость.
«Исследование показало, что наночастицы золота изменяют метаболизм растений и активность генов, отвечающих за адаптацию к низкотемпературному стрессу. Обработку ими можно рассматривать как фитонанотехнологию, позволяющую повышать морозостойкость культурных растений и тем самым расширять диапазон широт, подходящих для выращивания сортов, которые не имеют генетической устойчивости к холоду. Мы собираемся продолжить исследование, чтобы лучше понять физиолого-биохимические и молекулярные механизмы влияния наночастиц золота на растительный организм. Возможно, мы будем использовать их в качестве стимуляторов роста и развития, а также адаптогенов, увеличивающих стрессоустойчивость растений при действии неблагоприятных факторов среды», — подытожила Юлия Венжик, руководитель проекта, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН.