Category: Mokslas

Tarptautinė mokslininkų komanda, ištyrusi šunų kaulų fragmentus, rastus Europoje ir Anatolijoje, siūlo iš esmės peržiūrėti vieną seniausių žmogaus ir gyvūno partnerystių istorijoje. Iki šiol manyta, kad šunys buvo prijaukinti maždaug prieš 11–12 tūkst. metų, tačiau nauji duomenys rodo, jog pirmieji keturkojai žmogaus palydovai šalia mūsų atsirado gerokai anksčiau.

Šunų palaikų analizė pakeitė prijaukinimo datą

Tarptautinio projekto metu buvo analizuota iš priešistorinių kaulų fragmentų išgauta DNR. Tyrimui atrinkti radiniai iš kelių archeologinių vietovių, tarp jų – pietvakarių Anglijoje ir centrinėje Turkijoje. Kai kuriems mėginiams pavyko atkurti viso genomo sekas, leidusias aiškiai atskirti šiuos gyvūnus nuo vilkų.

Tai svarbu todėl, kad tyrėjai galėjo patvirtinti: dalis rastų palaikų priklausė ne laukiniams, o žmonių jau prijaukintiems šuniniams – tūkstančiais metų anksčiau, nei manyta iki šiol.

Seniausi genetiškai patvirtinti šuns palaikai, aptikti Turkijoje, datuojami maždaug 15 800 metų. Dar vienas individas, rastas Britų salose, yra ne jaunesnis nei 14 300 metų. Tai reiškia, kad šunys Europoje ir Vakarų Azijoje buvo paplitę dar gerokai prieš žemdirbystės ir gyvulininkystės pradžią, kai žmonės daugiausia gyveno medžiotojų-rankiotojų gyvenimo būdu. Vis dėlto, panašu, šunys jau tuomet galėjo būti nuolatiniai žmonių palydovai.

Įspūdingas prijaukintų keturkojų paplitimas

Tyrėjai pabrėžia, kad ankstyvieji šunys ne tik keliavo kartu su žmonėmis, bet ir turėjo aiškų ryšį su bendruomenėmis. Izotopiniai tyrimai parodė dar vieną įdomią detalę: Turkijoje rasti šunys buvo šeriami panašiu maistu kaip ir žmonės, pavyzdžiui, žuvimi. Tai leidžia manyti, kad šie gyvūnai buvo aktyviai integruoti į kasdienį gyvenimą.

Papildomų užuominų apie emocinę bei simbolinę šunų reikšmę suteikia ir tai, kad jų palaikai kai kur aptinkami laidojimo kontekstuose arba vietose, kuriose matyti ritualinio elgesio požymių.

Skirtingos radimviečių vietos – nuo Britanijos, per Vidurio Europą iki Anatolijos – rodo, kad šunys galėjo gana greitai plisti kartu su įvairiomis žmonių kultūromis, lydėdami jas migracijose ir prisitaikant prie aplinkos pokyčių vėlyvajame pleistocene.

Apibendrinant, šunų prijaukinimas, panašu, buvo gerokai ankstesnis ir sudėtingesnis procesas, nei manyta iki šiol. O šunys, sprendžiant iš naujausių duomenų, žmogui tapo svarbiais partneriais dar tada, kai žmonių technologijos ir bendruomenės tik pradėjo sparčiau vystytis.

Šaltiniai: „Natural History Museum“, „Nature“.

Antarktidos ledas, kurio mėginiai paimti tyrimams, pasirodė esąs ypač vertingas šaltinis mokslininkams, tiriantiems Žemės klimato istoriją. Analizuodami jame užfiksuotus pokyčius, tyrėjai atkūrė aplinkos kaitos įrašą, siekiantį net 3 milijonus metų. Tai vienas ilgiausių ir detaliausių klimato rekonstrukcijų laikotarpių, iki šiol gautų iš ledo.

Ką Antarktidos mėginiai pasako apie senąjį Žemės klimatą?

Mėginiai buvo surinkti Allan Hills regione, rytinės Antarktidos ledyninio skydo pakraštyje. Ši vietovė išskirtinė tuo, kad itin seni ledo sluoksniai, kurie paprastai slypi giliai po paviršiumi, dėl ledyno judėjimo buvo išstumti aukščiau. Tai sudarė galimybę juos tirti tiesiogiai.

Lede įstrigusiuose oro burbuliukuose išliko informacija apie prieš milijonus metų buvusią atmosferos sudėtį, taip pat apie vandenynų temperatūras ir bendrą globalų klimatą. Remdamiesi šiais duomenimis, mokslininkai atkūrė paskutinių 3 milijonų metų klimato kaitos eigą.

Rezultatai rodo, kad per šį laikotarpį Žemė palaipsniui vėso, tačiau, tyrėjų teigimu, tam nebuvo būdingas ryškus šiltnamio efektą sukeliančių dujų mažėjimas. Anglies dioksido koncentracija didžiąją periodo dalį laikėsi žemiau 300 ppm, o metano kiekis išliko palyginti stabilus.

Šie duomenys meta iššūkį iki šiol vyravusiam įsitikinimui, jog anglies dioksido koncentracijos pokyčiai buvo pagrindinis ilgalaikio klimato vėsimo variklis. Mokslininkai pabrėžia, kad reikšmingą vaidmenį galėjo atlikti ir kiti mechanizmai: vandenynų cirkuliacijos pokyčiai, ledo dangos kaita bei Žemės gebėjimo atspindėti Saulės spinduliuotę svyravimai.

Istorijos pamokos – perspėjimas ateičiai

Ypač svarbūs pasirodė tauriųjų dujų, esančių oro burbuliukuose, tyrimai. Jie leido atkurti globalią vandenynų temperatūrą. Nustatyta, kad per pastaruosius 3 milijonus metų vidutinė vandenynų temperatūra sumažėjo maždaug 2–2,5 laipsnio Celsijaus.

Svarbu tai, kad vėsimas vyko netolygiai: gilieji vandenynų sluoksniai vėso kitaip nei paviršius. Tai rodo, kad keitėsi šilumos pernašos vandenynuose mechanizmai.

Tyrimai taip pat padėjo tiksliau nustatyti laikotarpį, kai Šiaurės pusrutulyje prasidėjo didieji apledėjimai. Maždaug prieš 2,6–2,7 milijono metų ėmė formuotis plačios ledo dangos, kurios inicijavo ledynmečių ciklus.

Gauti rezultatai ryškiai kontrastuoja su dabartine situacija. Šiandien anglies dioksido koncentracija viršija 420 ppm – tai gerokai daugiau nei analizuotame laikotarpyje, o metano lygis yra kelis kartus didesnis nei praeityje.

Surinkti duomenys gali būti itin reikšmingi prognozuojant klimato ateitį. Jei praeityje temperatūros pokyčiai nebuvo tiesiogiai ir vien tik susieti su šiltnamio efektą sukeliančių dujų lygiu, tai reiškia, kad Žemės klimato sistema yra sudėtingesnė, nei iki šiol manyta.

Šaltiniai: „Nature“, „Eureka Alert“

Dar visai neseniai jie gyveno šalia mūsų – miškuose, pievose, upėse ir Baltijos jūroje. Tačiau vis dažniau tai tampa tarsi vaiduokliški kaimynai: jų buvimą patvirtina ataskaitos, o ne akys gamtoje. Lenkijos gamta pasiekė tašką, kai klausimas jau nebe „ar rūšys nyksta“, o „kurias iš jų dar spėsime pamatyti“.

Rūšių išnykimas retai atrodo kaip staigi drama. Dažniausiai tai ilgas, sunkiai pastebimas procesas – ypač tiems, kurie neseka stebėsenos duomenų. Iš pradžių mažėja radviečių skaičius, vėliau populiacijos susiskaido ir izoliuojasi, o galiausiai ateina tyla: nebėra stebėjimų, pėdsakų, pavasarinių balsų. Lenkija čia nėra išimtis – ji yra Europos centre, viename labiausiai žmogaus pakeistų regionų, kur infrastruktūros plėtra, intensyvus žemės ūkis ir urbanizacija susilieja su klimato kaita. Vis dėlto dalis rūšių dar laikosi – ne todėl, kad yra atsparios, o todėl, kad kai kur žmogus dar nenutraukė visų gyvybę palaikančių gijų.

Rysys: plėšrūnas, kuriam reikia erdvės, o ne simbolių

Eurazinis rysys šiandien yra vienas geriausių miškų būklės rodiklių Lenkijoje. Ten, kur jis nyksta, dažniausiai prieš tai atsiranda nauji keliai, išsiskaidę gyvenviečių plotai ir intensyvesnė miškininkystė. Aplinkos stebėsenos duomenys rodo, kad rysio populiacija Lenkijoje siekia tik kelis šimtus individų ir yra stipriai fragmentuota. Geriausiai laikosi Karpatų bei šiaurės rytų Lenkijos rysiai, kur miškų masyvai didesni ir geriau susieti.

Reintrodukcijos ir populiacijos stiprinimo projektai, kuriuos vykdo nevyriausybinės organizacijos kartu su mokslininkais, duoda rezultatų, tačiau jie išlieka trapūs. Rysiui nereikia nei šėrimo, nei prijaukinimo – jam reikia tylos ir vientisų buveinių. Pamatyti jį gyvai šiandien yra reta patirtis, bet vien tai, kad tai dar įmanoma, daug pasako apie vietas, kuriose pralaimėjimas dar nėra galutinis.

Stumbras: ikona, primenanti, kad sėkmė niekada nėra amžina

Stumbro istorija dažnai pasakojama kaip užbaigta sėkmės istorija su laiminga pabaiga. Iš tiesų tai procesas, kuris tęsiasi iki šiol. Po to, kai stumbrai gamtoje buvo visiškai išnykę, rūšis sugrįžo dėl uždarose sąlygose vykdytų veisimo programų ir nuoseklios reintrodukcijos. Remiantis „Lasy Państwowe“ bei tarptautinių gamtosaugos institucijų informacija, Lenkija šiandien turi didžiausią stumbrų populiaciją pasaulyje.

Tačiau tai yra intensyviai valdoma populiacija, jautri užkrečiamosioms ligoms, konfliktams su ūkininkais ir visuomenės spaudimui. Bet koks didesnis sukrėtimas – epidemija, sausra ar apsaugos politikos pokyčiai – gali nubraukti dešimtmečius pastangų. Stumbrus Lenkijoje galima pamatyti keliuose regionuose, kartais net per lengvai. Tai gamtosaugos paradoksas: kuo sėkmingiau ką nors saugome, tuo labiau mums ima atrodyti, kad rūpintis jau nebereikia.

Atvirų kraštovaizdžių paukščiai: nyksta greičiau, nei spėjame pastebėti

Dirvinis tetervinas nėra vienišas atvejis – jis tapo platesnės problemos simboliu. Paukščiai, susiję su pievomis, durpynais ir mozaikiniu žemės ūkio kraštovaizdžiu, Lenkijoje nyksta sparčiausiai. Perinčių paukščių stebėsena, kurią vykdo aplinkosaugos institucijos ir ornitologinės organizacijos, fiksuoja dramatišką gausos mažėjimą net ir tų rūšių, kurios dar neseniai buvo laikomos įprastomis.

Tetervino padėtis ypač sudėtinga, nes jam reikia labai specifinių sąlygų: atvirų erdvių, mažos žmogaus trikdymo įtakos ir stabilaus vandens režimo. Tokių buveinių atkūrimas yra brangus ir ilgas procesas. Jei tuokvietės dar išlikusios, jos dažnai saugomos itin griežtai, todėl prieiga prie jų ribojama. Tai viena iš rūšių, kurias dar galima pamatyti, tačiau vis dažniau – tarsi nykstančios epochos liudininką.

Maži žinduoliai, didelė reikšmė

Dėmėtasis sušis parodo, kad ne kiekviena gamtosaugos sėkmė privalo būti įspūdinga ar plačiai matoma. Šis nedidelis graužikas Lenkijoje buvo beveik išnykęs dėl intensyvėjančio žemės ūkio ir tradicinių ganyklų naikinimo. Vis dėlto reintrodukcijos Liublino regione ir sausų žolynų apsauga įrodė, kad kartais pakanka pakeisti žemės naudojimo būdą – be didelių investicijų ir be didelių deklaracijų.

Sušis sugrįžo ten, kur kraštovaizdžiui leista išlikti „netobulam“. Šiandien tai vienas iš nedaugelio pavyzdžių, kai rūšis, dar visai neseniai buvusi ant vietinio išnykimo ribos, vėl realiai stebima gamtoje.

Jūrų kiaulė: nykimas, kurio beveik nematome

Dramatiškiausia padėtis tenka jūrinėms rūšims. Baltijos jūros jūrų kiaulė nyksta tyliai – tiesiogine ir perkeltine prasme. Tarptautinių organizacijų ir Lenkijos tyrimų įstaigų vertinimai kalba apie populiaciją, siekiančią tik kelis šimtus individų. Tai per mažai, kad būtų galima kalbėti apie genetinį saugumą.

Pagrindinės grėsmės gerai žinomos: įsipainiojimas į žvejybos tinklus, povandeninis triukšmas, tarša. Sprendimai taip pat žinomi, tačiau įgyvendinami per lėtai. Pamatyti jūrų kiaulę Lenkijos vandenyse šiandien – didelės sėkmės reikalas. Gali būti, kad tai viena iš paskutinių progų, jog ši rūšis liktų ne tik vadovėlių paraštėse.

Kas lemia, ar dar spėsime jas pamatyti?

Tarptautinės ir nacionalinės biologinės įvairovės apsaugos analizės sutaria: svarbiausi yra teritorijų planavimo sprendimai ir reakcijos greitis. Vien tik rūšių apsauga be buveinių apsaugos neveikia. Nacionaliniai parkai be ekologinių koridorių tampa salomis. O rūšys, kurioms reikia didelių plotų ar specifinių sąlygų, nepajėgia „peršokti“ greitkelių ar betoninėmis vagomis sureguliuotų upių. Todėl vienus gyvūnus dar kartais sutinkame, o kiti išnyksta beveik nepastebimai.

Dar nepasiekėme taško, iš kurio nėra kelio atgal, bet esame arti. Daug aprašytų rūšių Lenkijoje vis dar gyvena, tačiau dažnai – ties biologinio išlikimo riba. Tai reiškia, kad dabartinei kartai tenka išskirtinis vaidmuo: ji gali būti paskutinė, kuri pamatys rysį laukiniame miške, teterviną tuokvietėje ar jūrų kiaulę Baltijos jūroje, arba pirmoji, kuri įrodys, kad gamtosauga neprivalo baigtis elegija. Viskas priklauso nuo to, ar šiuos gyvūnus laikysime bendro kraštovaizdžio dalimi, ar tik įdomybe, kurią lengviau apraudoti nei apsaugoti.

Vienas kilogramas sieros heksafluorido (SF₆) klimatą veikia taip pat, kaip maždaug 24 tonos anglies dioksido. Tai vienos stipriausių šiltnamio efektą sukeliančių dujų, o jų koncentracija virš Vokietijos, kaip rodo nauji tyrimai, gali būti gerokai didesnė, nei iki šiol skelbta oficialiose ataskaitose.

Problema išryškėjo atliekant įprastus matavimus Taunuso observatorijoje. Nuo 2023 metų ši stotis priklauso tarptautiniam AGAGE matavimo tinklui ir užfiksavo didžiausias SF₆ koncentracijas tarp visų Europos stebėsenos taškų. Mokslininkus ypač sudomino tai, kad aukščiausios reikšmės pasirodydavo, kai oro masės atkeliaudavo iš pietų, nors tai neatitiko iki šiol žinomų emisijų dėsningumų.

Mįslingi rodmenys atvedė į Heilbronn regioną

Frankfurto mokslininkai, bendradarbiaudami su Europos partneriais, nusprendė išsiaiškinti šių rodmenų kilmę. Jie pasitelkė oro mėginius iš ICOS tinklo Karlsrūhėje, kur SF₆ koncentracijos, kaip paaiškėjo, buvo dar didesnės. Naudodami pažangų inversinį modeliavimą ir atmosferos pernašos modelius, tyrėjai galėjo erdviškai lokalizuoti galimą taršos šaltinį.

Rezultatai aiškiai parodė, kad reikšminga emisijų dalis siejasi su Heilbronn regionu pietvakarių Vokietijoje. Skaičiuojama, kad iš šios teritorijos į atmosferą per metus gali patekti apie 30 tonų SF₆ – tai sudaro maždaug trečdalį visų šalies SF₆ emisijų. Tokios išvados ryškiai kertasi su Vokietijos oficialiais šiltnamio efektą sukeliančių dujų inventorizacijos duomenimis.

Ne vien senų garso izoliacinių langų problema

Iki šiol Vokietijos ataskaitose buvo daroma prielaida, kad didžioji SF₆ emisijų dalis susijusi su senų garso izoliacinių langų utilizavimu. Šios dujos tokio tipo languose kaip izoliacinė medžiaga buvo naudojamos iki 2006 metų, kai jų naudojimas buvo uždraustas. Oficialūs vertinimai rėmėsi prielaida, kad SF₆ į atmosferą išsiskiria ardant ir išmetant senus langus.

Tačiau nauji matavimai piešia kitokį vaizdą. Heilbronn regione, pasak tyrėjų, yra vienintelė jiems žinoma Europoje gamykla, susijusi su SF₆ gamyba ir perdirbimu. Tai iš esmės keičia požiūrį į galimus šių dujų šaltinius Vokietijoje. Tyrėjai atkreipia dėmesį, kad emisijos gamybos, naudojimo ir perdirbimo procesuose neretai būna didesnės, nei numatoma teoriniuose modeliuose.

Tiksli emisijų šaltinių lokalizacija laikoma būtina sąlyga, norint efektyviai mažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį. Nežinant, iš kur tarša iš tikrųjų kyla, sudėtinga parinkti tinkamas priemones ir įvertinti jų poveikį.

Problema – pasaulinio masto

Nors Vokietijoje aptikti neatitikimai reikšmingi nacionaliniu lygiu, pasauliniame kontekste tai tik dalis daug didesnės problemos. Skaičiuojama, kad pasaulinės SF₆ emisijos siekia apie 8000 tonų per metus, o vien Kinija sudaro apie 5000 tonų. Heilbronn regiono indėlis, nors ir didelis Vokietijai, globaliai sudaro tik labai mažą dalį.

SF₆ visame pasaulyje daugiausia naudojamas kaip izoliacinė ir apsauginė duja elektros skirstyklose bei vidutinės ir aukštos įtampos įrangoje. Šios bespalvės, bekvapės ir netoksiškos dujos pasižymi išskirtiniu cheminiu stabilumu, todėl yra patrauklios pramonei. Tačiau būtent stabilumas lemia ir kitą problemą – patekusios į atmosferą jos gali išlikti tūkstančius metų.

Frankfurto tyrėjų darbai pabrėžia, kad vien teoriniais skaičiavimais paremti „bottom-up“ modeliai gali smarkiai skirtis nuo realybės. Todėl vis svarbesnės tampa „top-down“ metodikos, paremtos tiesioginiais atmosferos matavimais. Tarptautinis AGAGE stočių tinklas šiuo požiūriu atlieka svarbų vaidmenį – jis leidžia patikrinti ir papildyti oficialius šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų duomenis.

Žemės istorijoje netrūksta staigių lūžių, o kai kurie senoviniai įvykiai šiandien skamba nejaukiai pažįstamai. Vis daugiau dėmesio skiriama laikotarpiui prieš maždaug 56 mln. metų, kuris gali tapti savotišku, nors ir netobulu, veidrodžiu dabartiniams klimato iššūkiams.

Raktas į vadinamąjį paleoceno–eoceno terminį maksimumą (PETM) slypi jūrų gelmėse. Tyrėjų grupė, vadovaujama Mei Nelissen iš Holandijos jūrų tyrimų instituto ir Utrechto universiteto, išanalizavo itin detalius žiedadulkių ir sporų įrašus, išlikusius Norvegijos jūros dugno nuosėdose. Šios šerdys buvo paimtos tarptautinės gręžinių ekspedicijos metu 2021 metais, o jų vertė – išskirtinė, nes puikiai išsilaikė net sezoniniai sluoksniai.

Nuosėdose aptiktos dumblių mikrofosilijos Apectodinium augustum laikomos būdingu PETM laikotarpio „parašu“. Toks tikslus geologinis įrašas leido ypač detaliai atsekti, kaip į staigų klimato sukrėtimą reagavo sausumos ekosistemos.

Greitas miškų nykimas ir katastrofiška erozija

Dar prieš PETM Žemės klimatas buvo gerokai šiltesnis nei dabar. Aukštose platumose augę didžiuliai spygliuočių miškai sukaupė milžiniškus anglies kiekius. Tačiau kai atmosferoje ėmė sparčiai didėti anglies dioksido koncentracija, pokyčiai įgavo sunkiai įsivaizduojamą pagreitį net geologiniu mastu.

Skaičiuojama, kad per maždaug 300 metų vešlūs spygliuočių miškai beveik išnyko, o jų vietą užėmė pionierinės paparčių bendrijos. Nuosėdų analizė taip pat parodė aiškius dažnesnių ir intensyvesnių gaisrų pėdsakus.

Pasekmės kraštovaizdžiui buvo itin skaudžios. Į jūras ėmė patekti didžiuliai kiekiai nuo sausumos nuplauto medžiagos – tai rodo staigus molingųjų mineralų kiekio šuolis tirtuose gręžinių mėginiuose. Kitaip tariant, didėjanti erozija „nuplovė“ ištisas teritorijų dalis, o šis sausumos ekosistemų nestabilumas tęsėsi daugelį tūkstančių metų.

Ne mažiau drastiški pokyčiai vyko ir vandenynuose. Greitas vandens rūgštėjimas, kurį skatino CO2 įsisavinimas, lėmė kalcio karbonato nykimą giliavandenių nuosėdų sluoksniuose. Tai signalizuoja rimtas problemas jūrų organizmams, kuriems tapo sudėtingiau formuoti skeletus ir kriaukles.

Kas sukėlė anuometinę grandininę reakciją – ir kodėl šiandien situacija aiškesnė

Kas tiksliai uždegė PETM įvykių grandinę prieš 56 mln. metų, iki šiol yra diskusijų objektas. Labiausiai tikėtina, kad sutapo keli veiksniai: dėl šiltėjimo iš jūros dugno hidratų galėjo išsiskirti didžiuliai metano kiekiai, o situaciją dar labiau kaitino intensyvus vulkanizmas.

Ši nežinia ryškiai kontrastuoja su dabartimi, kai pagrindinė šiltnamio efektą sukeliančių dujų augimo priežastis – iškastinio kuro deginimas – yra aiškiai dokumentuota. Nors tiesioginis palyginimas nėra idealus, jis kelia nerimą: dabartinis CO2 išmetimų tempas yra gerokai spartesnis nei PETM laikotarpiu. Vis dėlto tuometinis koncentracijos didėjimo greitis buvo vienas artimiausių tam, ką stebime šiandien – o geologiniu mastu tai buvo beprecedentis įvykis.

Ką praeities krizė gali pasakyti apie ateitį

Žvelgiant į geologinę praeitį, pagrindo perdėtam optimizmui mažai. Žemės sistemos atsakas į staigų pokytį pasirodė esąs gilus, daugiasluoksnis ir ilgalaikis. Dabartinis pasaulis, žinoma, kitoks: žmonija turi technologijas ir žinias, galinčias padėti sušvelninti pasekmes.

Vis dėlto tokie tyrimai aiškiai primena, kad ekosistemos turi kritinius taškus, kuriuos peržengus pasekmės gali vystytis sava, sunkiai sustabdoma dinamika. Praeities įvykių supratimas nepateikia paruoštų atsakymų į šiandienos klausimus, tačiau veikia kaip rimtas įspėjimas nevertinti iššūkio masto per lengvai ir sprendimus grįsti mokslu.

Giliai po mūsų kojomis, Žemės mantijos tamsoje, vyksta lėtas, bet galingas medžiagos judėjimas, formuojantis planetos veidą. Dešimtmečius mokslininkai siekė suprasti, kas dedasi pačiame šios uolinės apvalkalos dugne, ties riba virš skysto Žemės branduolio. Naujausias tyrimas, paskelbtas žurnale „The Seismic Record“, atskleidė iki šiol neregėtą vaizdą: pirmą kartą sudarytas globalus giliausių mantijos sluoksnių deformacijų žemėlapis. Jis rodo, kad procesai paviršiuje – tektoninių plokščių judėjimas – tiesiogiai siejasi su tuo, kas vyksta beveik 3 tūkst. kilometrų gylyje.

„University of California“ Berklio universiteto mokslininkas Jonathan Wolf su komanda atliko tai, kas dar visai neseniai atrodė sunkiai įmanoma. Tyrėjai sudarė apatinės Žemės mantijos dalies žemėlapį, apimantį apie 75 proc. planetos paviršiaus, vertinant struktūras maždaug 2900 kilometrų gylyje. Tai zona, kur susitinka uolinė mantija ir metalinis išorinis Žemės branduolys.

Kad pasiektų tokį rezultatą, komanda surinko ir apdorojo precedento neturintį duomenų kiekį – daugiau nei 16 milijonų seismogramų iš 24 duomenų centrų visame pasaulyje. Pasak J. Wolfo, tai greičiausiai didžiausias viename tyrime panaudotas žemės drebėjimų duomenų rinkinys.

Kas padėjo „pamatyti“ mantijos judesius

Vienas svarbiausių raktų, leidusių pažvelgti taip giliai, yra reiškinys, vadinamas seismine anizotropija. Skersinės seismologinės bangos (S bangos), kylančios per žemės drebėjimus, sklinda nevienodu greičiu – priklausomai nuo krypties, kuria jos keliauja. Tai lemia medžiagos, per kurią jos praeina, struktūra ir mineralinė sudėtis. Jei mantijos medžiaga yra deformuota arba joje vyrauja kryptingai išsidėstę kristalai, bangos tarsi „pajunta“ tą kryptį.

Dėl to anizotropija seismologams tampa savotišku orientyru, leidžiančiu nustatyti, kur mantijos medžiaga teka ar patiria didelius iškraipymus.

Tektoninių plokščių „kapinynas“ prie branduolio ribos

Tyrimo rezultatai parodė, kad anizotropijos pėdsakai aptikti maždaug dviejuose trečdaliuose ištirtos apatinės mantijos srities. Svarbiausia, kad šios deformacijos pasiskirsčiusios ne atsitiktinai – jos dažniausiai sutampa su vietomis, kuriose, pagal geodinamikos modelius, turėtų būti subdukuotos tektoninės plokštės.

Subdukcija – tai procesas, kai vienos plokštės fragmentai „paneria“ po kitomis. Šie litosferos gabalai prieš milijonus metų nugrimzdo nuo paviršiaus ir per labai ilgą laiką slinko gilyn, galiausiai pasiekdami patį branduolio ir mantijos ribos sluoksnį.

Nors kompiuterinės simuliacijos seniai prognozavo, kad grimztančios plokštės turėtų deformuoti apatinius mantijos sluoksnius, tik dabar tai pavyko globaliu mastu pagrįsti tiesioginiais seismologiniais stebėjimais.

Pasak J. Wolfo, deformacijų kilmė gali būti sudėtinga. Plokštės gali atsinešti „užfiksuotą“ anizotropiją iš laikų, kai buvo arčiau paviršiaus, tačiau, mokslininkų vertinimu, labiau tikėtina, kad ryškiausi iškraipymai susidaro būtent prie branduolio ribos. Ten vyraujantis ekstremalus slėgis ir temperatūra skatina mineralų fazinius virsmus, o mechaniškai „suspaudžiant“ plokštę ties standžia išorinio branduolio riba formuojasi unikali seismologinė tekstūra.

Kodėl tai svarbu mums visiems

Kas vyksta 2900 kilometrų gylyje, gali atrodyti abstraktu, tačiau būtent šie procesai maitina Žemės „variklį“. Žinoma, kad viršutinėje mantijoje deformacijas daugiausia lemia tektoninių plokščių judėjimas: plokštės „tempia“ klampią medžiagą, skatindamos jos srautą. Vis dėlto medžiagos tekėjimo dinamika pačiose giliausiose mantijos dalyse ilgą laiką išliko mįslė.

Suprasti, kaip medžiaga juda virš branduolio, svarbu norint paaiškinti mantijos konvekciją – procesą, kuris padeda šalinti šilumą iš Žemės vidaus, susijęs su vulkanizmu ir galiausiai turi reikšmės planetos magnetiniam laukui.

Tyrėjai pabrėžia, kad kai kuriose vietose anizotropijos signalo nebuvimas nebūtinai reiškia, jog ten nėra deformacijų – signalas gali būti tiesiog per silpnas, kad dabartiniais metodais būtų patikimai atpažintas. Vis dėlto surinktas duomenų rinkinys, anot J. Wolfo, yra tarsi „lobynas“, kurį planuojama analizuoti dar ne vienerius metus.

Pagrindinis tikslas – sukurti išsamų modelį, parodantį globalias medžiagos tekėjimo kryptis giliame Žemės viduje. Toks planetos „apšvietimas“ seismologinėmis bangomis iš daugybės skirtingų krypčių ateityje galėtų padėti geriau suprasti, kaip Žemė evoliucionuos per ateinančius milijonus metų, ir tiksliau atkurti audringą jos gelmių istoriją.

Kvantiniai kompiuteriai žada spręsti uždavinius, kurių klasikiniai kompiuteriai nepajėgia įveikti, tačiau jų plėtrą riboja fundamentalūs iššūkiai. Vienas didžiausių – kaip didinti kubitų skaičių neprarandant itin tikslios kiekvieno jų kontrolės. Šiuolaikinės sistemos jau pasiekia maždaug tūkstančio kubitų lygį – tai įspūdingas inžinerinis pasiekimas, tačiau praktiniams pritaikymams jo vis dar nepakanka.

„Columbia University“ fizikai išsikėlė tikslą, kuris dar visai neseniai skambėjo kaip mokslinė fantastika – sukurti platformą, galinčią talpinti daugiau nei 100 tūkst. kubitų. Naujausi jų tyrimai rodo, kad sprendimas gali slypėti sujungus dvi pažangias technologijas: neutralių atomų masyvus ir plokščius optinius įrenginius, vadinamus metapaviršiais.

Kodėl atomai – natūralūs kubitai

Atomai dėl savo vienodos sandaros ir prigimtinių kvantinių savybių, tokių kaip superpozicija ar susietumas, laikomi itin tinkamais kandidatais kubitams. Gamta užtikrina jų vienodumą, todėl mokslininkams nereikia kiekvieno „vieneto“ atskirai charakterizuoti ir kruopščiai derinti.

Vis dėlto svarbiausias klausimas jau daugelį metų tas pats: kaip vienu metu valdyti milžinišką atomų skaičių. Ilgą laiką pagrindinis įrankis buvo vadinamosios optinės pincetės – stipriai sufokusuoti lazerio spinduliai, laikantys pavienius atomus. Tačiau tūkstančių tokių spindulių generavimas reikalauja sudėtingos ir brangios įrangos, pavyzdžiui, erdvinių šviesos moduliatorių ar akustooptinių deflektorių. Būtent tai reikšmingai ribojo bendrą sistemos mastelį.

Metapaviršiai kaip mastelio didinimo raktas

„Columbia University“ komandos siūlomas proveržis remiasi metapaviršių taikymu. Tai itin plonos, plokščios struktūros, padengtos dvimate nanometrinių „pikselių“ matrica – kiekvienas jų mažesnis nei 200 nanometrų. Tokios struktūros gali tiesiogiai formuoti į jas krintantį lazerio spindulį ir iš karto sukurti visą sufokusuotų taškų – optinių pincetų – tinklą, nebereikalaujant papildomos, masyvios optikos.

Komandos atstovas Nanfang Yu šias struktūras lygina su dešimčių tūkstančių mikroskopinių lęšių „superpozicija“ vienoje plokštumoje. Svarbu ir tai, kad iš silicio nitrido bei titano dioksido pagaminti metapaviršiai yra itin atsparūs: jie atlaiko lazerio intensyvumą, viršijantį 2000 vatų viename kvadratiniame milimetre. Tai maždaug milijoną kartų daugiau nei Saulės šviesos intensyvumas, pasiekiantis Žemę.

Įspūdinga demonstracija ir mastelio potencialas

Naujos platformos lankstumą pademonstravo doktorantai Aaron Holman ir Yuan Xu. Eksperimentuose komandai pavyko įkalinti tūkstantį stroncio atomų, išdėliojant juos ne tik taisyklingame kvadratiniame tinkle, bet ir sudėtingesnėse struktūrose: kvazikristaliniuose raštuose bei kelių šimtų atomų sudarytoje miniatiūrinėje Laisvės statulos versijoje. Taip pat parodyta galimybė kurti itin tikslias geometrines formas – pavyzdžiui, apskritimą, kuriame atomai vienas nuo kito nutolę mažiau nei pusantro mikrometro.

Didžiausią įspūdį daro mastelio didinimo perspektyva. Vos 3,5 milimetro skersmens metapaviršis, turintis 114 mln. „pikselių“, gali generuoti 600 x 600 taškų matricą – iš viso 360 tūkst. potencialių optinių pincetų. Tai yra dviem dydžio eilėmis daugiau nei suteikia dabartinės plačiai taikomos technologijos.

Reali, nors sudėtinga, kelio schema

Mokslininkai mato aiškią, nors ir reiklią, trajektoriją link tikslo – vienu metu įkalinti 100 tūkst. atomų. Tam reikės gerokai galingesnių lazerių, tačiau, anot tyrėjų, tai telpa į dabartinių techninių galimybių ribas.

Kita vertus, vien kubitų skaičius problemos neišsprendžia. Ne mažiau svarbu išlaikyti koherentiškumą ir sumažinti operacijų klaidų tikimybę. Nepaisant šių iššūkių, pristatyta platforma gali būti naudinga ne tik kvantiniams kompiuteriams, bet ir tiksliems kvantiniams simuliatoriams ar naujos kartos optiniams atominiams laikrodžiams.

„Columbia University“ komandos darbas tampa tvirtu pagrindu būsimoms kvantinėms sistemoms. Jis rodo, kad šimtų tūkstančių pavienių atomų valdymas pamažu nustoja būti vien vizija ir virsta konkrečiu, nors sudėtingu, inžineriniu tikslu.

Po tirpstančiu Antarktidos ledu slypi vienas didžiausių anglies „sandėlių“ Žemėje. Dešimtmečius Pietų vandenynas sugerdavo daugiau anglies dioksido, nei jo išskirdavo, todėl švelnino globalinio atšilimo poveikį. Tačiau mokslininkai įspėja: šis natūralus klimato buferis ima svyruoti.

Pietų vandenynas, supantis Antarktidą, yra viena svarbiausių planetos klimato sistemos grandžių. Skaičiuojama, kad jis sugeria iki 40 proc. viso žmogaus veiklos nulemto anglies dioksido, kurį sukaupia vandenynai. Be šios natūralios „užtvaros“ globalinis atšilimas vyktų gerokai sparčiau.

Šio mechanizmo veikimas itin trapus: šaltas, maistingomis medžiagomis turtingas vanduo iš gelmių kyla į paviršių, apsikeičia dujomis su atmosfera, o vėliau vėl grimzta, kartu nusinešdamas dalį sugerto CO₂.

Procesą lemia sudėtinga jūrų srovių sistema, vandens temperatūros ir sūrumo skirtumai bei vėjo stiprumas. Pakanka, kad kuris nors iš šių veiksnių pasikeistų, ir visa sistema ima veikti kitaip. Kaip rodo naujausi tyrimai, būtent tai jau vyksta.

Pietų vandenynas – sąjungininkas, bet kiek ilgai?

Klimato modeliai seniai prognozavo, kad dėl globalinio atšilimo Pietų vandenyno gebėjimas sugerti CO₂ silps. Vis dėlto pastarųjų 30 metų duomenys piešia kitokį vaizdą – vandenynas ir toliau efektyviai kaupia anglį.

„Alfred Wegener Institute“ („AWI“) mokslininkų komanda siekė išsiaiškinti, kodėl taip yra. Tyrimo rezultatai, publikuoti žurnale „Nature Climate Change“, rodo, kad lemiamu veiksniu tapo gėlas vanduo, atsirandantis tirpstant ledynams ir didėjant kritulių kiekiui.

Okeanografė Léa Olivier, „AWI“ tyrimo bendraautorė, teigia:

„Nuo XX a. 10-ojo dešimtmečio Pietų vandenyno paviršinis vanduo tapo mažiau sūrus. Taip nutiko dėl tirpstančio ledo atnešamo gėlo vandens ir gausesnių kritulių. Gaivesnis, lengvesnis vandens sluoksnis sudaro barjerą, kuris atskiria gelmes nuo paviršiaus ir laikinai sulaiko anglies dioksidą vandenyne“, – aiškina mokslininkė.

Šis reiškinys vadinamas stratifikacija – kai susiformuoja skirtingo tankio vandens sluoksniai. Kuo labiau jie skiriasi temperatūra ir sūrumu, tuo sunkiau tarpusavyje maišosi. Pietų vandenyno giluminiai vandenys – tankesni, šiltesni ir sūresni – savyje talpina milžiniškus CO₂ kiekius, kauptus šimtus ar net tūkstančius metų. Paviršinis vanduo yra vėsesnis ir jame anglies dioksido mažiau. Kol barjeras išlieka stabilus, anglis lieka tarsi „įkalinta“ vandenyne.

L. Olivier šį efektą palygina su puodu ir dangčiu:

„Tai panašu į dangtį ant verdančio puodo. Kol dangtis sandariai uždengtas, garai neišeina. Tačiau jei jis ima kilti – slėgis didėja, o garai išsiveržia visa jėga“, – sako ji.

Problema ta, kad ši vandenyno „dangčio“ sistema pamažu pradeda kilti.

Stiprūs vakarų vėjai, juosiantys Antarktidą tarsi sūkurys, vaidina esminį vaidmenį Pietų vandenyno cirkuliacijoje. Šylant klimatui jie stiprėja – pagal modelius tai turėtų skatinti vandens sluoksnių maišymąsi ir giluminio CO₂ išsiskyrimą. Tačiau, nepaisant sustiprėjusių vėjų, vandenynas kol kas iš esmės išlieka gana stabilus.

„AWI“ tyrėjų teigimu, gėlas vanduo iš tirpstančių ledynų laikinai sustiprino atskirtį tarp sluoksnių. Tačiau tai tik laikinas efektas: nuo XX a. 10-ojo dešimtmečio riba tarp sluoksnių pakilo maždaug 40 metrų, vadinasi, vis daugiau giluminių vandenų artėja prie paviršiaus.

L. Olivier perspėja:

„Tai nėra ilgalaikė apsauga. Jei sluoksnių maišymasis sustiprės, milžiniški anglies kiekiai gali ištrūkti iš gelmių ir grįžti į atmosferą. Tuomet Pietų vandenynas gali tapti emisijų šaltiniu, o ne jų sugerėju“, – pabrėžia mokslininkė.

Jei šios prognozės pasitvirtins, pasekmės būtų toli siekiančios. Pietų vandenynui praradus gebėjimą sugerti anglies dioksidą, globalinis atšilimas galėtų paspartėti keliais dešimtmečiais. Praktikoje tai reikštų, kad netektume vieno didžiausių sąjungininkų kovoje dėl stabilesnio klimato.

Archeologai ir antikos meno tyrėjai vėl nustebino pasaulį. Šį kartą proveržį lėmė… pats menas. Beveik 1800 metų senumo romėniška mozaika gali būti pirmasis žinomas vaizdas, kuriame moteris arenoje kovoja su laukiniais žvėrimis. Toks siužetas sutampa su išlikusiais rašytiniais liudijimais apie gladiatorių ir žvėrių kovas.

Koberys arenoje: netikėtos Senovės Romos realijos

Mozaika datuojama III amžiumi. Ji buvo aptikta 1860 metais Prancūzijos Reimse. Kūrinio fragmentuose buvo vaizduojamos įvairios arenos scenos, įskaitant gladiatorių susirėmimus ir kovas su žvėrimis.

Didžioji mozaikos dalis buvo sunaikinta per Pirmąjį pasaulinį karą. Vis dėlto XIX amžiuje archeologas Jeanas-Charlesas Loriquetas buvo parengęs detalius piešinius, kurie šiuolaikiniams mokslininkams leido atkurti, kaip galėjo atrodyti visas vaizdas.

Svarbiausias mozaikos elementas – moters figūra, žengianti prieš leopardą ir rankoje laikanti rimbą. Tyrėjas Alfonso Mañas iš Kalifornijos universiteto Berklyje teigia, kad tai ne šiaip dekoratyvinis motyvas, o vadinamosios venatrix – moters medžiotojos-kovotojos – atvaizdas, rodantis jos dvikovą su žvėrimi arenoje.

Šią interpretaciją, pasak mokslininko, sustiprina kelios detalės: vaizduojamai moteriai trūksta įprastos vyriškų gladiatorių ekipuotės, o taip pat pavaizduotas nuogas torsas – tai romėniškoje ikonografijoje itin retas ir išskirtinis sprendimas.

Mozaika – vertingas istorinis įrodymas

Istorikai jau seniai žinojo rašytinių užuominų apie moteris, kovojusias su „žvėrimis“ arenos reginiuose. Tokius pasirodymus minėjo ir antikiniai autoriai, pavyzdžiui, Kasijus Dionas. Tačiau iki šiol nebuvo aptikta aiškaus, vienareikšmiško vaizdinio įrodymo, kuris parodytų tokią kovotoją.

Todėl Reimso mozaika laikoma reikšminga: ji sujungia literatūrinius liudijimus su ikonografiniu įrodymu, kad moterys galėjo dalyvauti šiuose žiauriuose reginiuose.

Ši scena svarbi ir dėl kito aspekto. Ji leidžia manyti, kad moterų dalyvavimas kovose su žvėrimis galėjo tęstis ilgiau, nei buvo įprasta manyti. Žinoma, II amžiuje buvo įvesti draudimai moterims dalyvauti gladiatorių kovose. Vis dėlto III amžiumi datuojamas vaizdas rodo, kad jų pasirodymas kaip medžiotojų-kovotojų galėjo būti toleruojamas arba atskirose vietose vis dar praktikuojamas.

Meno istorikai pabrėžia ir paties kūrinio kontekstą. Tokios didelės mozaikinės kompozicijos dažniausiai puošdavo turtingų romėnų namų grindis arba svarbius pastatus. Arenos scenos galėjo turėti ne tik dekoratyvinę, bet ir propagandinę funkciją – pabrėžti savininko statusą, jo ryšius su žaidynių finansavimu ar organizavimu.

Vis dėlto ekspertai akcentuoja, kad dėl interpretacijos išlieka diskusijų. Kadangi originali mozaika sunaikinta, o šiandien ji daugiausia žinoma iš XIX amžiaus piešinių, dalis tyrėjų perspėja, jog kai kurių detalių patikimumą gali būti sunku galutinai patikrinti.

Šaltinis: „Smithsonian Magazine“

Žmonių polinkis rizikuoti, panašu, yra toks senas, kad jo pėdsakų aptinkama dar priešistorėje. Šiaurės Amerikoje atlikti tyrimai rodo, jog azartiniai žaidimai ir atsitiktinumo „įrankiai“ galėjo būti naudojami prieš 12–13 tūkst. metų, taip gerokai praplečiant iki šiol žinotas laiko ir geografines ribas.

Kiek senas yra lošimas?

Tyrėjai teigia, kad seniausi žinomi žaidimų kauliukai (arba jų analogai) galėjo atsirasti Šiaurės Amerikoje ledynmečio pabaigoje. Juos, kaip manoma, kūrė žemyno vietiniai gyventojai, o radiniai datuojami maždaug 12–13 tūkst. metų. Tai reikšmingas poslinkis, nes ankstesni panašūs radiniai iš Mesopotamijos ar Indo slėnio siekė apie 5,5 tūkst. metų – vadinasi, naujieji yra daugiau nei du kartus senesni.

Aptikti objektai mažai panašūs į šiuolaikinius kubo formos kauliukus. Jie neturėjo taškelių, nebuvo taisyklingos formos. Dažniausiai tai buvo nedideli, dvipusiai kaulo ar medžio fragmentai: viena pusė pažymėta, kita – lygi. Vis dėlto veikimo principas buvo panašus į monetos metimą – tai leido gauti atsitiktinį rezultatą ir pagal jį priimti sprendimus.

Mokslininkai pabrėžia, kad tai ne atsitiktinai parinkti daiktai. Priešingai – vis daugiau požymių rodo, jog jie buvo sąmoningai kuriami kaip atsitiktinumą generuojantys įrankiai. Išanalizavus šimtus radinių daugiau nei 50 archeologinių vietovių, nustatyta, kad jie atitinka tam tikrus kriterijus: turėjo tinkamą formą, žymėjimus ir dydį, leidusį juos mėtyti net grupėmis.

Rekordiškai seni žaidimų „kauliukai“

Įdomu tai, kad šių „kauliukų“ paskirtis galėjo būti kur kas platesnė nei pramoga. Tyrėjai spėja, jog atsitiktinumu paremti žaidimai medžiotojų-rankiotojų bendruomenėse atliko svarbų socialinį vaidmenį: padėjo megzti ryšius tarp grupių, palengvino mainus, o kartais galėjo būti priemonė konfliktams spręsti. Pasaulyje be formalių institucijų tokie mechanizmai galėjo būti itin reikšmingi bendradarbiavimui ir išlikimui.

Taip pat yra užuominų, kad tokie žaidimai buvo ne marginali veikla, o svarbi socialinio ir kultūrinio gyvenimo dalis. Kai kuriuose istoriniuose pasakojimuose minima, jog kauliukų žaidimuose dažnai dalyvaudavo moterys, o pačios rungtys galėjo turėti ritualinį arba bendruomenę telkiantį pobūdį.

Dar vienas svarbus aspektas – žaidimų kauliukai glaudžiai susiję su tikimybės samprata, kuri yra vienas matematikos ir šiuolaikinio mokslo pagrindų. Jei žmonės tokiais įrankiais naudojosi jau prieš 12 tūkst. metų, tai reikštų, kad atsitiktinumo ir nenuspėjamumo supratimas atsirado gerokai anksčiau, nei manyta iki šiol. Nauji duomenys leidžia teigti, jog senosios bendruomenės ne tik išgyveno sudėtingomis ledynmečio pabaigos sąlygomis, bet ir vystė sudėtingesnes abstraktaus mąstymo formas.

Šaltiniai: „Colorado State University“, „American Antiquity“.