Blog

Ar mūsų veiksmai gali priartinti kitą ledynmetį? Naujausi tyrimai leidžia į šį klausimą pažvelgti netikėtu kampu: Žemės klimato sistema gali veikti ne kaip tikslus reguliatorius, o kaip avarinis termostatas, kartais linkęs „perlenkti lazdą“.

Mokslininkai iš „University of California, Riverside“ pateikė išvadą, kad dabartinis globalinis atšilimas ilgalaikėje perspektyvoje gali suaktyvinti pernelyg stiprią kompensacinę reakciją, kuri galiausiai vestų prie ryškaus atšalimo ir net ledynmečio. Tyrėjai tai palygina su oro kondicionieriumi, kuris laiku neišsijungia ir vietoje komforto tiesiog užšaldo visą patalpą.

Kada galėtų prasidėti kita ledynmečio fazė?

Iki šiol dauguma klimato modelių rėmėsi prielaida, kad pagrindinis ilgalaikis klimato „stabilizatorius“ yra uolienų dūlėjimas. Šis procesas atrodė logiškas: lietus sugeria anglies dvideginį (CO₂) iš atmosferos, tirpdo atviras silikatines uolienas, o išsiskyrusi anglis kartu su kalciu nukeliauja į vandenynus. Ten ji įsijungia į jūrinių organizmų kriauklių ir koralų formavimąsi, o galiausiai milijonams metų „užrakinama“ jūrų dugno nuosėdose.

Teorijoje tai veikia tarsi namų termostatas: kai planeta šyla, dūlėjimas spartėja, pašalinama daugiau CO₂ ir atmosfera vėsta; kai temperatūra krenta, procesas lėtėja.

Tačiau naujas tyrimas, publikuotas žurnale „Science“, nurodo dar vieną – greitesnį ir jautresnį – reguliavimo mechanizmą. Kylant temperatūrai ir CO₂ kiekiui, į vandenynus patenka daugiau maistinių medžiagų, ypač fosforo. Fosforas skatina spartų planktono augimą, o šis fotosintezės metu sugeria didelius CO₂ kiekius. Mikroorganizmams žuvus, jie nugrimzta į dugną, „išnešdami“ anglies atsargas iš atmosferos ir paviršinių vandenų.

Šiltesniame pasaulyje, kai dumbliai ir planktonas veši intensyviau, vandenynai ima netekti deguonies. Čia prasideda kritinis etapas: mažo deguonies sąlygomis fosforas nebėra patikimai palaidojamas nuosėdose – jis vis iš naujo grįžta į apytaką. Susidaro savipalaikantis grįžtamasis ryšys: daugiau maistinių medžiagų skatina planktono augimą, jo irimas sunaudoja dar daugiau deguonies, o tai dar labiau didina fosforo „perdirbimą“. Tuo pat metu iš atmosferos ilgainiui pašalinami milžiniški anglies kiekiai.

Modeliavimas rodo, kad tokia sistema klimatą stabilizuoja ne švelniai, o linkusi perspausti: per kelis šimtus tūkstančių metų CO₂ lygis gali kristi greičiau nei fosforo koncentracija, todėl klimatas tampa šaltesnis nei iki proceso pradžios. Tyrėjų vertinimu, esant maždaug 60 proc. mažesniam deguonies lygiui nei dabar, pernelyg didelis atšalimas galėtų viršyti 6 °C. Tai daugiau nei skirtumas tarp dabartinio klimato ir paskutinio apledėjimo laikotarpio, kai ledynai dengė didelę Šiaurės pusrutulio dalį.

Geologiniai įrašai rodo, kad panašus scenarijus galėjo būti įvykęs labai seniai. Prekambro laikotarpiu, daugiau nei prieš 539 mln. metų, Žemė patyrė ekstremalių apledėjimų, kai ledas, tikėtina, dengė beveik visą planetą. Šie įvykiai vadinami „sniego gniūžtės Žeme“. Ilgą laiką mokslininkams buvo sunku paaiškinti, kas juos galėjo sukelti, tačiau dabar tyrėjai įžvelgia ryšį tarp tų glaciacijų ir deguonies pokyčių atmosferoje bei vandenynuose. Pasak jų, mažesnis deguonies kiekis darė planetos „termostatą“ gerokai mažiau stabilų, o didžiausia nestabilumo rizika pasireikšdavo esant tarpiniams natlenkinimo lygiams.

Kalbant apie dabartinius klimato pokyčius, žmonija ir toliau išmeta į atmosferą daug CO₂, todėl trumpuoju laikotarpiu vyrauja šiltėjimas. Vis dėlto modelis leidžia manyti, kad ilguoju laikotarpiu gali įvykti „pernelyg didelė korekcija“ ir atšalimas. Tiesa, šiandien atmosferoje yra gerokai daugiau deguonies nei tolimoje geologinėje praeityje, todėl aprašytas grįžtamasis ryšys gali būti iš dalies slopinamas. Tačiau, anot mokslininkų, net ir susilpnėjęs mechanizmas teoriškai galėtų paspartinti kitos ledynmečio fazės priartėjimą.

Natūraliai kyla klausimas dėl laiko: ar tai būtų po 50, 100, o gal 200 tūkst. metų? Tyrėjai pabrėžia, kad net jei ilgalaikė atšalimo kryptis egzistuoja, ji neįvyks pakankamai greitai, kad padėtų dabartinei kartai ar net artimiausiems tūkstančiams kartų. Todėl svarbiausias prioritetas išlieka tas pats – mažinti dabartinį šiltėjimą, kuris yra tiesioginė ir skubi grėsmė.

Šis atradimas turi ir platesnę reikšmę. Jis rodo, kad kritinis klimato reguliavimo nestabilumas gali būti tiesiogiai susijęs su mikrobiologinės gyvybės buvimu. Tai svarbi užuomina ne tik apie gyvybės ir aplinkos sąveiką Žemėje, bet ir apie tai, kaip vertinti ilgalaikį planetų tinkamumą gyvybei kitur Visatoje. Gyvybė ne tik prisitaiko prie stabilaus klimato – tam tikromis sąlygomis ji gali prisidėti ir prie jo destabilizavimo.

Tai, kas pavyko „Argonne National Laboratory“ mokslininkams, dar visai neseniai atrodė beveik neįgyvendinama. Jie itin tiksliai išmatavo atomų branduolių, egzistuojančių vos akimirką, savybes. Nors iš pirmo žvilgsnio tai gali pasirodyti kaip techninis eksperimentas, jo reikšmė kur kas platesnė: sėkmingi matavimai tapo rimtu argumentu, kad teoriniai įrankiai, kuriais remiasi mokslininkai, pagaliau pradeda tiksliai atspindėti realybę.

Tyrimo rezultatai publikuoti prestižiniame leidinyje „Physical Review Letters“. Jie parodė netikėtai gerą atitiktį vadinamųjų „Brussels-Skyrme-on-a-Grid“ (BSkG) modelių prognozėms. Tai ne vien akademinis pasiekimas: tokių modelių patikrinimas yra būtinas norint suprasti procesus, maitinančius žvaigždes ir lemiančius visos Visatos raidą. Be tvirtų teorinių pamatų mūsų žinios apie kosmosą būtų paremtos daug didesniu neapibrėžtumu.

Rutenis – raktas į branduolio sandaros paslaptis

Kodėl tyrimams pasirinktas būtent rutenis? Šis sprendimas nebuvo atsitiktinis. Rutenio izotopai pasižymi itin sudėtinga branduolių sandara. Mokslininkai įtaria, kad kai kurie jų gali turėti net triašę formą, primenančią migdolą ar kavos pupelę. Toks vidinis sudėtingumas paverčia rutenį puikiu „bandymų poligonu“, tikrinant naujausius teorinius modelius.

Tyrėjai sutelkė dėmesį į devynis radioaktyvius rutenio izotopus. Jie buvo pagaminti naudojant „CARIBU“ įrenginį, kuris tokius egzotiškus branduolius išgauna skaldant kalifornį. Tačiau tikrasis iššūkis prasidėjo vėliau: kiekvienas iš tiriamų izotopų egzistavo tik sekundės dalį. Todėl matavimai „ATLANTIS“ aparatu, priklausančiu akceleratoriaus „ATLAS“ sistemai, turėjo būti žaibiški ir itin tikslūs – klaidoms ar pakartojimams tiesiog nebuvo laiko.

Lazerinė spektroskopija lenktynėse su laiku

Sėkmės raktu tapo kolinearinė lazerinė spektroskopija. Ši technika leidžia surinkti visus reikalingus duomenis iš mikroskopinių medžiagos kiekių greičiau nei per sekundę. Tai galima palyginti su bandymu padaryti ryškią nuotrauką skriejančiai kulkai – reikalinga ne tik labai gera įranga, bet ir itin tiksliai apgalvota metodika.

Komanda sukūrė naują metodą: atomų pluoštas buvo neutralizuojamas ir sugrupuojamas į trumpus impulsus. Taip pavyko išmatuoti vadinamąjį izotopinį poslinkį, kuris tiesiogiai suteikia informacijos apie skirtingų izotopų branduolių dydžių skirtumus. Tai svarbus technologinis žingsnis, kuris ateityje gali praversti tiriant ir kitus, dar sunkiau „pagautinus“ elementus.

Gauti rezultatai pademonstravo įspūdingą atitiktį BSkG modelių prognozėms ir tapo dideliu šuoliu, palyginti su senesniais skaičiavimo įrankiais. Šių modelių stiprybė – gebėjimas įvertinti specifines sąveikas tarp visų branduolyje esančių neutronų ir protonų. Dėl to galima tiksliau modeliuoti net ir nestandartines branduolių struktūras. Vis dėlto pabrėžiama, kad kiekvienas modelis turi ribas, o patvirtinimų kitų elementų atžvilgiu dar reikės.

Nuo laboratorijos – iki žvaigždžių

Kodėl tokie tikslūs laboratoriniai matavimai svarbūs kosmoso supratimui? Atsakymas slypi žvaigždžių prigimtyje. Būtent nestabilūs, radioaktyvūs branduoliai atlieka pagrindinį vaidmenį žvaigždžių formavimosi procesuose, dangaus kūnų evoliucijoje ir galiausiai supernovų sprogimuose, kurių metu sintetinami sunkesni cheminiai elementai.

Didesnis pasitikėjimas BSkG modeliais suteikia astrofizikams tvirtesnį pagrindą prognozuoti reiškinius, kurių neįmanoma tiesiogiai stebėti ar atkartoti Žemėje. Tai ypač svarbu ieškant atsakymo, iš kur atsirado elementai, iš kurių sudarytas pasaulis ir mes patys. Nors modeliai nesuteikia šimtaprocentinio tikrumo, būtent tokie eksperimentiniai patvirtinimai tampa svarbiais kelrodžiais siekiant vis išsamesnio tikrovės supratimo.

Šis tyrimas buvo tarptautinio bendradarbiavimo rezultatas: jame dalyvavo mokslininkai iš „Argonne National Laboratory“, „Technische Universität Darmstadt“ ir „Facility for Rare Isotope Beams“ prie „Michigan State University“. Pačius BSkG modelius sukūrė tyrėjai iš „Université libre de Bruxelles“ ir „Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon“.

„ATLANTIS“ įranga dabar prieinama ir kitoms tyrėjų grupėms. Tai atveria kelią nuosekliai, didesniu mastu tikrinti teorinius modelius – jau su įvairiais elementais. Nors kelias į pilną fundamentalių materijos procesų supratimą dar ilgas, tokie pasiekimai aiškiai rodo, kad mokslas juda teisinga kryptimi.

Archeoastronominiai tyrimai Meksike tyrėjams leido padaryti išskirtinę išvadą: dalis senovinių šio regiono miestų buvo planuojami atsižvelgiant į dangaus reiškinius. Analizės sutelktos į archeologinę vietovę Cuicuilco, kurios ištakos siekia pirmąjį tūkstantmetį prieš mūsų erą.

Įkvėpimas iš dangaus formavo „Cuicuilco“ architektūrinį planą

Tyrėjai, remdamiesi Meksikos Nacionalinio antropologijos ir istorijos instituto „INAH“ pateikta informacija, teigia, kad vietovės erdvinė struktūra buvo glaudžiai susieta su Saulės judėjimo stebėjimu, ypač su lygiadienių momentais.

Mokslininkų komanda pabrėžia, kad tiek ikihispaninių laikų „Cuicuilco“ statiniai, tiek šiuolaikinė aplinkinė užstatymo struktūra netikėtai nuosekliai orientuota pagal Saulės tekėjimą lygiadienių dienomis. Svarbiausiu natūraliu orientyru tapo Papayo kalva – ji veikė kaip aiškus atskaitos taškas horizonte. Būtent virš šios kalvos tam tikromis metų dienomis stebėtas Saulės patekėjimas, o tai galėjo turėti kalendorinę ir ritualinę reikšmę regiono gyventojams.

Tyrėjai nurodo, kad pagrindiniai komplekso objektai – tiek senoviniai, tiek dabartiniai – išdėstyti beveik idealia rytų–vakarų ašimi, pasiekiant 89–90 laipsnių azimuto reikšmes. Toks tikslumas, anot jų, greičiausiai nėra atsitiktinis ir rodo sąmoningą erdvės projektavimą, paremtą cikliniais astronominiais reiškiniais. Kovo mėnesį atlikti lauko stebėjimai papildomai patvirtino, kad lygiadienio metu Saulės tekėjimas iš tiesų sutampa su šiomis ašimis, taip sustiprindamas prielaidą apie kryptingą planavimą.

Kokią funkciją galėjo atlikti tokia architektūra?

Svarbi atradimo dalis – ryšys su ikihispaniniu ritualiniu kalendoriumi, vadinamu cempohuallapohualli. Pasak tyrėjų, momentai, kai Saulė pasirodo virš Papayo kalvos, galėjo sutapti su tam tikrų kalendorinių laikotarpių pradžia, pavyzdžiui, tozoztontli ar teotleco.

Išvada paprasta: architektūra galėjo veikti kaip savotiškas astronominis „instrumentas“, leidęs sekti metų ciklą ir tiksliai nustatyti svarbias religines bei žemdirbystei reikšmingas datas.

Mokslininkai taip pat atkreipia dėmesį į galimą erdvinių orientacijų tęstinumą iki šių dienų. Netoli archeologinės vietovės esantys šiuolaikiniai pastatai ir urbanistiniai sprendimai taip pat demonstruoja panašią orientaciją pasaulio šalių ir Saulės tekėjimo atžvilgiu. Nors neįmanoma vienareikšmiškai pasakyti, ar tai sąmoningas senųjų tradicijų tęsimas, tyrėjai pabrėžia neįprastą sutapimą, kuris gali liudyti vietinės kultūrinės atminties tęstinumą.

Ilgą laiką dalis mokslininkų kvestionavo, ar lygiadieniai ir su jais susiję reiškiniai iš tiesų buvo svarbus orientyras senosioms civilizacijoms. Nauji tyrimai leidžia manyti, kad bent kai kuriais atvejais – kaip „Cuicuilco“ – lygiadieniai arba labai artimos jiems datos galėjo turėti reikšmingą vaidmenį organizuojant erdvę ir bendruomenės gyvenimą.

Šaltinis: „INAH“

Vulkanizmas – viena galingiausių jėgų, veikiančių Žemę kone nuo pat jos susiformavimo. Mokslininkai nuolat siekia geriau suprasti, kaip didžiuliai išsiveržimai keičia planetą. Naujausi tyrimai atskleidžia ypač reikšmingą įvykį, susijusį su didžiausiu mūsų planetos vandenyniniu plokščiakalniu.

Kataklizmas, nulėmęs Ontong Java plokščiakalnio susidarymą

Ontong Java plokščiakalnis tapo naujos publikacijos autorių tyrimų objektu. Jų teigimu, šis milžiniškas darinys susiformavo maždaug prieš 110–120 mln. metų, kai vandenyno dugne įvyko gigantiniai išsiveržimai. Jau anksčiau mokslininkai įtarė, kad tai galėjo būti didžiausias pavienis vulkaninis įvykis Žemės istorijoje: į aplinką galėjo būti išmesti sunkiai įsivaizduojami magmos kiekiai, galintys paveikti pasaulinį klimatą ir gyvybę planetoje.

Vis dėlto naujos analizės rodo, kad šio reiškinio mastas galėjo būti dar didesnis, nei manyta iki šiol. Ekspertų komanda pasitelkė seisminius duomenis, kad „pažvelgtų“ į vandenyninės plutos gelmes po šiuo plokščiakalniu. Ant vandenyno dugno įrengti jutikliai leido stebėti, kaip uolienomis sklinda seisminės bangos, o jų elgsena atskleidė iki šiol nepastebėtą vidinę plokštės sandarą.

Paaiškėjo, kad vandenyninė plokštė nėra vienalytė. Ji sudaryta iš horizontalių uolienų sluoksnių, kuriuos kerta vertikalios magmos „gyslos“. Jos susiformavo tuomet, kai įkaitusi medžiaga iš Žemės gelmių skverbėsi paviršiaus link. Be to, šias uolienas chemiškai pakeitė magma, atkeliavusi iš gilaus mantijos sluoksnio. Tai reiškia, kad vulkanizmas ne tik „statė“ naujas struktūras, bet ir iš esmės pertvarkė jau egzistavusią litosferą.

Iki šiol nematyta Žemės vulkanizmo pusė

Tyrėjai pabrėžia, kad lemiamą vaidmenį atliko vadinamasis termocheminis mantijos pliumas – milžiniškas karštos medžiagos srautas, kylantis iš giliųjų Žemės mantijos sluoksnių. Būtent jis tiekė magmą, kuri milijonus metų skverbėsi į vandenyninę plokštę, keisdama jos fizinę struktūrą ir cheminę sudėtį. Mokslininkų teigimu, šis poveikis buvo gerokai intensyvesnis ir ilgesnis, nei buvo manyta.

Vienas netikėčiausių atradimų – neįprastas seisminių bangų elgesys. P tipo bangos plokšte sklido palyginti lengvai, o S tipo bangos buvo stipriai slopinamos. Toks dėsningumas rodo sudėtingą, nevienalytę gelmių struktūrą šiame regione ir patvirtina, kad plokštė buvo tiesiog „išraizgyta“ galingų magmos intruzijų.

Iki šiol vyravo gana aiški nuostata: vandenyninės plokštės formuojasi ir kinta santykinai tvarkingai, daugiausia dėl procesų tektoninių plokščių ribose. Tačiau nauji duomenys verčia peržiūrėti šį požiūrį. Pasirodo, milžiniški vulkanizmo epizodai gali iš esmės pakeisti plokščių sandarą – tiek fiziniu, tiek cheminiu požiūriu. Tai leidžia manyti, kad Žemės istorija galėjo būti gerokai dinamiškesnė ir audringesnė, nei iki šiol buvo įprasta galvoti.

Šaltiniai: „Eureka Alert“, „Geophysical Research Letters“.

Viena didžiausių geofizikos ir kosminių tyrimų naujienų pastaraisiais metais – palydovo „SWOT“ (angl. Surface Water and Ocean Topography) perduoti duomenys, leidę pirmą kartą tiesiogiai, dvimačiu vaizdu stebėti, kaip gimsta cunamis. Mokslininkai tai vadina tsunamigeneze – ankstyvąja cunamio formavimosi faze, kuri iki šiol buvo aprašoma daugiausia teoriniais modeliais.

Iki šiol mokslui trūko priemonių, galinčių pakankamai tiksliai „pamatyti“ patį reiškinio užuomazgų momentą ties jo šaltiniu. Tačiau „SWOT“ suteikė precedento neturintį vaizdą iš orbitos, užfiksuotą itin tiksliai virš vietos, kur netrukus prasidėjo katastrofa.

Viskas prasidėjo 2025 m. liepos 29 d. vėlų vakarą, kai netoli Rusijos Kamčiatkos pusiasalio staiga įtrūko Žemės pluta. Giliai po Ramiojo vandenyno paviršiumi, aktyvioje subdukcijos zonoje (vietoje, kur viena tektoninė plokštė slysta po kita), per dešimtmečius kaupta energija išsiveržė į išorę. Įvyko itin stiprus, 8,8 magnitudės žemės drebėjimas.

Uolienų masių judėjimas staigiai pakeitė jūros dugno padėtį, o tai į judesį paleido virš jo esantį milžinišką vandens stulpą. Taip ir susiformavo cunamis. Smūginė banga ėmė sklisti į visas puses per atvirą vandenyną itin dideliu greičiu, o pasiekusi pakrantes kai kuriose vietovėse išaugo iki daugiau kaip 17 metrų aukščio.

Satelitas „SWOT“ – naujos žmonijos „akys“ vandenynuose

Šio mokslo proveržio pagrindas – palydovinė misija „SWOT“, kurią įgyvendina „NASA“ ir Prancūzijos kosmoso agentūra „CNES“. Nors palydovas iš pradžių buvo kuriamas pasauliniams vandens lygiams ir vandenynų cirkuliacijai stebėti, praktika parodė, kad jis gali būti itin naudingas ir krizių valdymui bei ekstremalių reiškinių modeliavimui.

Šiuolaikinės ankstyvojo perspėjimo sistemos dažniausiai remiasi „DART“ bojų (angl. Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) tinklu. Tokios bojos yra labai svarbios, tačiau jų galimybės ribotos: jos matuoja slėgio pokyčius konkrečiuose taškuose jūros dugne. Tai reiškia, kad jos nepateikia pilno, dvimačio vaizdo – neparodo visos bangos struktūros, jos sklidimo krypties ar kreivumo.

„SWOT“ čia iš esmės keičia situaciją: jis leidžia plačiu mastu stebėti vandenyno paviršių centimetro lygio tikslumu ir pateikia duomenis, kurių iki šiol tiesiog nebuvo įmanoma surinkti.

Laimingas sutapimas ir dispersinės bangos

Ignacio Sepúlvedos vadovaujamai San Diego valstijos universiteto mokslininkų grupei nusišypsojo sėkmė. Praėjus vos maždaug 70 minučių po žemės drebėjimo, „SWOT“ praskrido virš Ramiojo vandenyno maždaug 600 kilometrų nuo epicentro. Dėl to pavyko užfiksuoti ne tik pagrindinę smūginę bangą, bet ir visą „traukinį“ mažesnių bangų, sekusių iš paskos.

Šios antrinės bangos, vadinamos dispersinėmis, tapo vienu svarbiausių atradimo elementų. Iki šiol tradiciniai cunamių modeliai, vadinami ilgabangiais (angl. long-wave) modeliais, dažniausiai jų neįtraukdavo, nes ankstesnės technologijos retai leisdavo jas patikimai aptikti.

Bandydami atkurti įvykius prie Kamčiatkos įprastais algoritmais, mokslininkai pastebėjo, kad skaičiavimai nesutampa su tuo, ką užfiksavo palydovas. Paaiškėjo, kad standartiniai modeliai „nemato“ mažesnių bangų, o būtent jos gali atskleisti itin reikšmingą informaciją apie patį drebėjimo šaltinį.

Prognozavimo ateitis – Boussinesq tipo modeliai

Norėdami tiksliai interpretuoti „SWOT“ duomenis, tyrėjai pasitelkė pažangesnius matematinius sprendimus – Boussinesq tipo modelius. Tokie modeliai leidžia atsižvelgti į vertikalius vandens pagreičius, kurie yra būtini dispersinėms bangoms aprašyti.

Taikydami šį metodą, mokslininkai sugebėjo itin tiksliai nustatyti cunamio kilmės vietą – maždaug 10 kilometrų tikslumu nuo vandenyno įdubos (tranšėjos). Tai – tiksliausias iki šiol pasiektas tiesioginis „žvilgsnis“ į tsunamigenezę.

Praktinė tokio proveržio nauda labai aiški: patobulinti modeliai reiškia ne vien akademinę pažangą, bet ir tikslesnius ankstyvojo perspėjimo sprendimus. Turint tikslesnius duomenis ir geresnius algoritmus, galima patikimiau prognozuoti bangos aukštį, jos atvykimo laiką į konkrečią pakrantę ar uostą ir galimą žalos mastą.

Ilgainiui palydovų, tokių kaip „SWOT“, duomenų integracija su esamais bojų tinklais gali padėti išgelbėti tūkstančius gyvybių. Supratimas, kas vyksta vandenyno tranšėjoje pirmosiomis minutėmis po smūgio, suteikia gelbėjimo tarnyboms brangų laiką evakuacijai. Tai, kas buvo sukurta vandens topografijai tirti, gali tapti vienu svarbiausių įrankių, saugančių žmones nuo vandenyno stichijos.

Augant kritinių žaliavų paklausai, būtinybei maitinti modernias technologijas ir energetikos transformaciją, didžiosios valstybės vis dažniau žvalgosi ne tik į kosmosą, bet ir į mūsų planetos gelmes. Kinija, laikoma viena iš kasybos sektoriaus lyderių, žengė reikšmingą žingsnį giliųjų Žemės plutos sluoksnių eksploatacijos technologijose: pristatyta 500 tonų sverianti milžiniška šachtų gręžimo mašina „Gangtie Jiliang“, dar vadinama „Plieniniu stuburu“.

Dešimtmečius kasybos pramonė rėmėsi palyginti sekliais telkiniais, kuriuos išgauti buvo paprasčiau ir pigiau. Tačiau tokie ištekliai pamažu senka, o strategiškai svarbios žaliavos vis dažniau slypi giliai geologinėse struktūrose. Iki šiol telkinių, esančių giliau nei 1000 metrų, pasiekiamumą ribojo tiek technologinės, tiek ekonominės kliūtys: ekstremalus slėgis, aukšta temperatūra ir ypač kietos uolienos daug projektų paversdavo neatsiperkančiais.

„Gangtie Jiliang“ sukurta būtent tam, kad šią ribą peržengtų. Ji skirta stabiliai ir našiai gręžti vertikalius šachtų stiebus sąlygomis, kai tradicinės technologijos praranda efektyvumą arba tampa per brangios.

„Plieninio stuburo“ specifika

„Gangtie Jiliang“ sujungia didžiulį mastą ir preciziką. Mašina sukurta Kinijos valstybinėje inžinerijos korporacijoje ir pristatoma kaip pirmoji pasaulyje pilno skersmens šachtų gręžimo mašina (SBM, angl. Shaft Boring Machine), galinti dirbti didesniame nei 1000 metrų gylyje.

Daugiau nei aštuonių metrų skersmens įrenginys veikia tarsi milžiniškas vertikalus grąžtas: vietoje horizontalių tunelių jis formuoja tiesioginį priėjimą prie giliai esančių rūdos klodų. Esminė dalis – galinga besisukanti pjovimo galvutė, dengianti visą šachtos skersmenį. Dėl to gręžimas vyksta nuolat ir tolygiau nei naudojant sprogdinimo ar laipsniško mechaninio uolienų ardymo metodus.

500 tonų masė suteikia reikiamą prispaudimo jėgą ir stabilumą, ypač svarbų dirbant su monolitine, kieta uoliena. Kaip nurodo pagrindinis projekto konstruktorius Ding Zhangfei, kuriant įrenginį teko įveikti daugybę techninių kliūčių, o sprendimai buvo įtvirtinti naujais patentais.

Proveržis šalinant išgręžtą uolieną ir valdant sąlygas šachtoje

Viena didžiausių vertikalaus gręžimo problemų – ne vien uolienos smulkinimas, bet ir efektyvus milžiniškų išgręžtos medžiagos bei dumblo kiekių pašalinimas iš šachtos dugno. Tradiciniais metodais ši grandis neretai stabdydavo darbų tempą.

„Gangtie Jiliang“ naudoja inovatyvią išgręžtos masės transportavimo sistemą, leidžiančią vienu metu gręžti ir valyti darbo zoną. Tai reikšmingai didina darbo spartą ir mažina prastovų riziką.

Kitas svarbus aspektas – darbas padidinto slėgio aplinkoje. Maždaug kilometro gylyje uolienos elgiasi kitaip nei prie paviršiaus, o staigių uolienų įtempių išsikrovimų (smūginių reiškinių) rizika išauga. Kinijos inžinieriai įdiegė realiuoju laiku veikiančias įtempių stebėsenos sistemas, kurios padeda didinti saugą, kai įranga valdoma iš paviršiaus.

Ekologija ir strategija: gilaus gręžimo kasybos perspektyvos

Nors tai skamba paradoksaliai, vertikalių giliųjų šachtų gręžimo technologijos gali turėti ir ekologinę naudą. Atvirosios kasyklos dažnai sukelia milžinišką kraštovaizdžio degradaciją ir ekosistemų nykimą dideliuose plotuose. Tikslesnis vertikalus priėjimas prie telkinio iš paviršiaus leidžia sumažinti poveikį viršutiniams dirvožemio sluoksniams ir vykdyti darbus gerokai mažesniame paviršiaus „pėdsake“.

Šiuo metu „Gangtie Jiliang“ jau dirba šiaurės rytų Kinijoje, kur atveria anksčiau ekonomiškai nepasiekiamus geležies rūdos telkinius. Jei ilgalaikėje eksploatacijoje mašina patvirtins patikimumą, tikėtina, kad tai paskatins naują inovacijų bangą kasybos pramonėje visame pasaulyje.

Technologijų sektoriui tai gali reikšti stabilesnes žaliavų tiekimo grandines, o mokslui – naujas galimybes tirti giliąsias geologines struktūras, kurios iki šiol slepia ne mažiau paslapčių nei kai kurie kosminiai objektai.

Galiausiai „Plieninis stuburas“ tampa signalu, kad riba ties 1000 metrų gyliu pamažu nustoja būti neįveikiama. Ji virsta nauju horizontu, galinčiu per artimiausius dešimtmečius keisti jėgų pusiausvyrą pasaulinėje žaliavų ekonomikoje.

Elementariųjų dalelių fizikoje net menkiausias nuokrypis nuo prognozių gali reikšti lūžį mūsų Visatos supratime. Jei viena iš pamatinių materijos „plytų“ pasirodytų esanti sunkesnė ar lengvesnė, nei numato teorijos, tektų iš naujo perrašyti vadovėlius. Naujausios žinios iš Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacijos (CERN) kol kas ramina: tarptautinė fizikų komanda, tarp jų ir „Massachusetts Institute of Technology“ (MIT) ekspertai, pristatė ypač tikslų W bozono masės matavimą.

W bozonas – viena svarbiausių dalelių Modelyje standartiniame, aprašančiame fundamentaliąsias daleles ir jėgas, valdančias kosmosą. Ši dalelė yra silpnosios sąveikos nešėja – vienos iš keturių pagrindinių gamtos jėgų (greta gravitacijos, elektromagnetinės ir stipriosios sąveikos). Būtent silpnoji sąveika leidžia vykti dalelių virsmams, pavyzdžiui, protonams virsti neutronais ir atvirkščiai.

Šie procesai yra itin svarbūs Visatai tokiai, kokią ją pažįstame: jie lemia radioaktyvųjį skilimą ir, kas ypač reikšminga, palaiko branduolinę sintezę Saulės gelmėse. Be W bozono mūsų žvaigždė negalėtų gaminti energijos, o elementai, būtini planetoms ir gyvybei, nebūtų susiformavę. Todėl fizikai itin daug dėmesio skiria tikslioms šios dalelės savybėms, ypač masei.

Kontroversija, kuri galėjo supurtyti fiziką

Susidomėjimas W bozono mase smarkiai išaugo 2022 metais, kai JAV „Fermilab“ laboratorijoje vykdyto CDF eksperimento komanda paskelbė rezultatą, rodžiusį, kad dalelė yra gerokai sunkesnė, nei numato Modelis standartinis. Nors skirtumas kasdienėje skalėje atrodytų menkas, kvantinės fizikos pasaulyje tai prilygo žemės drebėjimui: tokia anomalija galėjo reikšti „naują fiziką“ – iki šiol nežinomas daleles ar jėgas, darančias įtaką W bozono masei.

Toks rezultatas privertė mokslo bendruomenę ieškoti nepriklausomo, ne mažiau tikslaus patikrinimo. Šios užduoties ėmėsi komanda, dirbanti su CMS (Compact Muon Solenoid) detektoriumi Didžiajame hadronų greitintuve (LHC).

Milijardų susidūrimų analizė

Naujas matavimas, publikuotas žurnale „Nature“, yra daugiau nei dešimtmetį trukusio darbo rezultatas: prie jo prisidėjo per 3000 mokslininkų iš viso pasaulio. Fizininkai analizavo 2016 metais LHC viduje įvykusių protonų susidūrimų duomenis. LHC protonus įgreitina iki greičių, artimų šviesos greičiui, o susidūrimai sukuria daugybę naujų dalelių – tarp jų retais atvejais susidaro ir W bozonas.

W bozoną „pagauti“ itin sudėtinga, nes jis egzistuoja neįtikėtinai trumpai – maždaug 10^-24 sekundės – ir tuoj pat skyla į kitas daleles. CMS tyrime daugiausia dėmesio skirta atvejams, kai W bozonas skyla į miuoną ir neutriną. Miounas detektoriuje palieka aiškų pėdsaką, o neutrinas beveik neaptinkamas, todėl mokslininkams teko itin tiksliai išmatuoti miuono savybes ir pagal jas atkurti „motininės“ dalelės – W bozono – masę.

Rezultatas, grąžinantis aiškumą

Atlikę sudėtingas kompiuterines simuliacijas, apėmusias apie 4 mlrd. susidūrimų scenarijų, mokslininkai paskelbė galutinį rezultatą: W bozono masė yra 80 360,2 ± 9,9 MeV. Tai tiksliausias W bozono masės matavimas, kada nors atliktas naudojant LHC.

Svarbiausia, kad šis rezultatas visiškai sutampa su Modelio standartinio prognozėmis. Nauji duomenys leidžia manyti, jog ankstesnė „Fermilab“ anomalija galėjo atsirasti dėl subtilių sisteminių paklaidų ar nevisiškai tikslių statistinių modelių, o ne dėl fundamentalių gamtos dėsnių lūžio. Daugybei fizikų tai buvo palengvėjimas: nors Modelis standartinis nėra „visko teorija“ (jis nepaaiškina, pavyzdžiui, tamsiosios materijos ar gravitacijos), dar kartą paaiškėjo, kad jis ypač tvirtai aprašo stebimą realybę.

Kas toliau CERN tyrimuose?

Nors naujasis matavimas tarsi „išgelbėjo“ Modelį standartinį, mokslininkai neketina sustoti. MIT tyrėjai pabrėžia, kad teorijų patvirtinimas yra svarbus, tačiau tai nėra kelio pabaiga. Jau planuojamos naujos analizės, kurios pasitelks vėlesniais LHC veiklos metais sukauptus duomenis ir leis dar labiau sumažinti paklaidos ribas.

W bozono tyrimai išlieka itin reikšmingi, nes jo masės tikslinimas padeda geriau suprasti ryšius tarp elementariųjų dalelių – pavyzdžiui, Higgso bozono ar viršutinio kvarko (top). Elementariųjų dalelių fizika primena milžinišką dėlionę: kiekvienas tikslus matavimas, toks kaip CMS komandos pasiektas, daro Visatos paveikslą aiškesnį, net jei didysis lūžis už žinomų ribų kol kas dar nematomas.

Pasaulinės klimato sistemos centre pulsuoja galinga vandens „širdis“ – Antarktinė cirkumpoliarinė srovė (ACC). Tai vienintelė vandenyno srovė planetoje, kuri be jokių kliūčių apjuosia visą žemyną, kelyje nesusidurdama su sausumos barjerais. Jos mastą sunku įsivaizduoti: ji perneša daugiau nei šimtą kartų daugiau vandens nei visos pasaulio upės kartu sudėjus. Nors šiandien ACC laikoma vienu svarbiausių Žemės vandenynų cirkuliacijos elementų, mokslininkai dešimtmečius ginčijosi, kada ir kokiomis aplinkybėmis šis mechanizmas pradėjo veikti. Naujausi „Alfredo Wegenerio instituto“ (AWI) tyrėjų rezultatai, publikuoti žurnale „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS), pateikia naujų atsakymų į šią geologinę mįslę.

Antarktinės cirkumpoliarinės srovės istorija glaudžiai susijusi su vienu dramatiškiausių lūžių Žemės klimato raidoje. Maždaug prieš 34 mln. metų planeta patyrė staigią transformaciją: iš karšto „šiltnamio“ pasaulio, kuriame beveik nebuvo ledynų kepurių, ji perėjo į „ledyninę“ būseną, kuri, su tam tikrais svyravimais, tęsiasi iki šiol. Būtent tuo laikotarpiu Antarktidoje ėmė formuotis pirmieji pastovūs žemyniniai ledynai.

Esminis šio virsmo veiksnys buvo vandenyno sąsiaurių atsivėrimas tarp Antarktidos ir nuo jos tolstančių žemynų – Australijos bei Pietų Amerikos. Šis procesas ne tik labiau izolavo baltąjį žemyną nuo šiltesnių vandenų, atkeliaujančių iš žemesnių platumų, bet ir sudarė sąlygas susiformuoti ACC. Svarbi detalė šiandienos kontekste – tuo metu anglies dioksido (CO2) koncentracija atmosferoje siekė apie 600 ppm. Tokios vertės žmonija nėra patyrusi milijonus metų, tačiau pagal pesimistiškus klimato scenarijus prie jų būtų galima priartėti šio amžiaus pabaigoje.

Kada iš tiesų pradėjo tekėti „didžioji kilpa“?

Ilgą laiką buvo manoma, kad pakako vien žemynų atsiskyrimo, jog srovė pradėtų suktis aplink pietų ašigalį. Vis dėlto AWI klimato modeliuotoja ir pagrindinė tyrimo autorė Hanna Knahl teigia, kad mechanizmas buvo gerokai sudėtingesnis. Tyrėjų komanda pasitelkė pažangias klimato simuliacijas, atkurdama žemynų išsidėstymą prieš 33,5 mln. metų, kai Australija ir Pietų Amerika buvo gerokai arčiau Antarktidos nei dabar.

Rezultatai parodė, kad lemiamas veiksnys buvo ne vien sąsiaurių gylis, o specifinis vėjų režimas. „Mūsų simuliacijos vienareikšmiškai patvirtina, kad tik tada, kai Australija nutolo pakankamai toli, o stiprūs vakarų vėjai galėjo laisvai pūsti per vadinamuosius Tasmanijos vartus, srovė galėjo pilnai išsivystyti“, – aiškina Hanna Knahl. Ši išvada keičia požiūrį į ACC pradžią: srovė neatsirado staiga, o evoliucionavo kartu su vėjų juostų slinkimu į pietus.

Netikėtas Pietų vandenyno „padalijimas“

Vienas netikėčiausių tyrimo rezultatų – ACC „jaunystėje“ atrodė visai kitaip nei šiandien. Kompiuteriniai modeliai parodė, kad net ir atsivėrus jūriniams keliams Pietų vandenynas buvo tarsi padalytas į dvi ryškiai skirtingas dalis. Stiprus vandens srautas buvo fiksuojamas tik Atlanto ir Indijos vandenynų sektoriuose, o Ramiojo vandenyno dalyje vyravo gerokai ramesnės sąlygos, o cirkuliacija buvo menkai išvystyta.

Toks „asimetriškas“ ACC raidos etapas, pasak tyrėjų, turėjo didelę įtaką tam, kaip Antarktida kaupė ledą. Jie pabrėžia, kad ankstyvuoju laikotarpiu srovė klimatą veikė kitaip nei dabartinė, pilnai susiformavusi sistema. Tai svarbi pastaba mokslininkams, bandantiems prognozuoti ateitį remiantis praeities analogijomis – jos ne visada yra tiesioginės.

Šiuolaikinės technologijos paleoklimatologijos tarnyboje

Proveržis tapo įmanomas pritaikius itin sudėtingus sujungtus (kompleksinius) modelius. Pirmą kartą tokia aukšta skiriamąja geba buvo apjungti ledynų, vandenynų ir atmosferos dinamikos duomenys, rekonstruojant itin seną Žemės istorijos etapą. Vienas tyrimo bendraautorių prof. dr. Gerrit Lohmann aiškina, kad jūrinės geologijos ir klimato fizikos žinių integravimas leidžia geriau suprasti, kaip vandenynų cirkuliacijos persitvarkymas paveikė anglies „surišimą“ (sekvestraciją) vandenynuose.

Suprasti procesus, lėmusius ACC atsiradimą, svarbu ir vertinant dabartinius pokyčius. Šios srovės susiformavimas smarkiai padidino vandenynų gebėjimą sugerti CO2 iš atmosferos, o tai prisidėjo prie vėsesnio klimato eros pradžios. Tuo tarpu šiandien klimato šiltėjimo veikiami cirkuliacijos pokyčiai aplink Antarktidą gali turėti ne mažiau fundamentalių pasekmių planetos ateičiai. AWI mokslininkų darbas suteikia daugiau įrankių geriau suprasti šiuos mechanizmus ir pasiruošti galimiems pokyčiams.

Archeologų misija šiaurinės Ispanijos ir Portugalijos pasienyje atveria naują žvilgsnį į ten esančias megalitines konstrukcijas. Maždaug 6 tūkst. metų senumo objektai, kaip paaiškėjo, nebuvo statomi bet kur – jų išdėstymas paklūsta tam tikrai logikai, kurią mokslininkai tik dabar pradeda aiškiau suprasti.

Tūkstančiai statinių, sudarančių didesnę visumą

Kalnuotame Serra do Laboreiro regione, besidriekiančiame ties Galicijos ir Portugalijos riba, aptinkami tūkstančiai senovinių pilkapių ir akmeninių statinių. Tai vienas didžiausių megalitų telkinių Europoje – manoma, kad jų gali būti net daugiau nei 10 tūkst. Dešimtmečius archeologai svarstė, kodėl neolito bendruomenės rinkosi konkrečias vietas šiems monumentaliems statiniams.

Proveržį atnešė pažangi erdvinė analizė ir dirbtiniu intelektu grįsti metodai. Tarptautinė tyrėjų komanda išnagrinėjo šimtų vietovių duomenis ir nustatė, kad objektų išsidėstymas nėra atsitiktinis – jis atitinka aiškius dėsningumus. Monumentai dažniau statyti tam tikro tipo vietose: ant iškilumų, ten, kur atsiveria plati apžvalga, arba šalia natūralių vietovės ribų.

Ypač įdomu tai, kad tyrimai leidžia manyti, jog statytojai sąmoningai organizavo erdvę taip, jog tai galėjo turėti simbolinę, ritualinę ar socialinę reikšmę. Megalitų išdėstymas sufleruoja kraštovaizdį, kuriame atskiros vietos buvo tarpusavyje susijusios ir galėjo sudaryti savotišką kultinį tinklą.

Šios išvados keičia iki šiol vyravusį požiūrį į neolito laikų bendruomenes Pirėnų pusiasalyje. Vietoje paprasto vaizdinio apie nedideles grupes, pastačiusias pavienius kapus, ryškėja visuomenių, gebėjusių ilgalaikiai planuoti erdvę ir organizuoti darbą dideliu mastu, portretas. Tai, kad panašūs dėsningumai kartojasi šimtuose konstrukcijų, leidžia įtarti bendrų taisyklių arba kartoms perduodamų tradicijų egzistavimą.

Šiuolaikinės technologijos atskleidžia tūkstantmečių senumo paslaptis

Tyrėjai pabrėžia, kad vietos parinkimą galėjo lemti ne vien reljefas, bet ir aplinkos stebėjimas: slėnių matomumas, migracijos maršrutai ar net astronominiai reiškiniai. Nors šioms prielaidoms dar reikia papildomų tyrimų, daugėja požymių, jog megalitai buvo sudėtingos kultūrinės sistemos dalis, o ne tik paprastos laidojimo vietos.

Viena vertus, tai rodo, kad jau prieš 6 tūkst. metų žmonės gebėjo apgalvotai ir sistemiškai organizuoti erdvę, kurdami ilgaamžes struktūras, įsiliejančias į kraštovaizdį. Kita vertus, šiuolaikinės technologijos šiandien leidžia „perskaityti“ paslėptus raštus, kurie tūkstantmečius liko nepastebimi. Dėl to šiaurinės Iberijos megalitiniai kraštovaizdžiai vis rečiau vertinami kaip pavienių objektų rinkinys – jie vis labiau primena sudėtingą senovės civilizacijos žemėlapį.

Šaltinis: „Journal of Archaeological Science: Reports“.