Эксперимент, получивший премию НАСА, может стать будущим искусственного фотосинтеза

Процесс превращения воды, углекислого газа и солнечного света в кислород и энергию помогает растениям расти естественным образом — и это процесс, который ученые хотят использовать и адаптировать для производства продуктов питания, топлива и многого другого.

В новом исследовании ученые описывают экспериментальную технику искусственного фотосинтеза, которая использует двухэтапный электрокаталитический процесс для превращения углекислого газа, воды и электроэнергии, вырабатываемой солнечными панелями, в ацетат (основной компонент уксуса). Затем этот ацетат может быть использован растениями для роста.

На самом деле, система, которую разработали исследователи, призвана не просто имитировать фотосинтез, происходящий в природе, но и улучшить его — в растениях только около 1 процента энергии солнечного света превращается в биомассу, тогда как здесь эффективность может быть увеличена примерно в четыре раза.

Эксперимент, получивший премию НАСА, может стать будущим искусственного фотосинтеза

«С помощью нашего подхода мы стремились найти новый способ производства пищи, который мог бы преодолеть ограничения, обычно налагаемые биологическим фотосинтезом», — говорит инженер-химик и эколог Роберт Джинкерсон из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Устройство для преобразования электроэнергии или электролизер, разработанный исследователями, должен был быть специально оптимизирован для того, чтобы выступать в качестве стимулятора роста организмов, производящих пищу, что, в частности, означало увеличение количества ацетата и уменьшение количества производимой соли.

Дальнейшие эксперименты команды показали, что богатый ацетатом выход электролизера может поддерживать различные организмы, включая зеленые водоросли, дрожжи и мицелий, который производит грибы. Для сравнения, производство водорослей с помощью этого метода примерно в четыре раза более энергоэффективно по сравнению с естественным фотосинтезом.

Ученые показали, что горох, томаты, табак, рис, канола и зеленый горошек способны использовать углерод, содержащийся в ацетате, и расти без солнечного света. Этот процесс можно использовать как в дополнение к обычному фотосинтезу, так и вместо него.

«Мы обнаружили, что широкий спектр культур может принимать предоставленный нами ацетат и встраивать его в основные молекулярные строительные блоки, необходимые организму для роста и процветания», — говорит Маркус Харланд-Дунавей, ботаник и растениевод из Калифорнийского университета в Риверсайде.

«С помощью селекции и инженерных разработок, над которыми мы сейчас работаем, мы сможем выращивать сельскохозяйственные культуры с ацетатом в качестве дополнительного источника энергии для повышения урожайности».

Описанный здесь процесс настолько впечатляет, что он стал одним из победителей конкурса NASA Deep Space Food Challenge — демонстрации новых технологий, которые в один прекрасный день могут помочь в выращивании пищи в космосе: представьте себе возможность выращивать урожай в подземных бункерах на Марсе, например.

Искусственный фотосинтез может кардинально изменить производство продуктов питания не только в космосе. Климатический кризис означает, что экстремальные температуры, засуха, наводнения и другие угрозы для стандартных методов ведения сельского хозяйства становятся все более распространенными.

Хотя подобные процессы не являются оправданием для того, чтобы не бороться с изменением климата, они могут помочь сделать производство продуктов питания более устойчивым и означать, что сельскохозяйственные культуры можно будет выращивать в большем количестве мест — возможно, в городских районах.

«Использование методов искусственного фотосинтеза для производства продуктов питания может стать сменой парадигмы в том, как мы кормим людей», — говорит Джинкерсон. «Благодаря повышению эффективности производства продуктов питания требуется меньше земли, что снижает воздействие сельского хозяйства на окружающую среду».

«А для сельского хозяйства в нетрадиционных условиях, например, в космосе, повышение энергоэффективности может помочь прокормить больше членов экипажа при меньших затратах».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Food.

Люди жили на Сахалине 10 тысяч лет назад: на месте строящегося микрорайона нашли древние артефакты

10 тысяч лет назад на острове Сахалин жили люди. Доказательство этого нашли в Южно-Сахалинске, когда начали строить новый микрорайон

Вместо строителей на месте будущего жилого микрорайона в областном центре трудятся археологи. Когда территорию готовили под закладку фундамента, внезапно обнаружили уникальные древние артефакты.

«Вот топорик, смотрите. Он шлифованный. Смотрите, это обломок топора, его бросили. Обычно то, что люди бросают, мы находим», – объяснил профессор, доктор исторических наук Александр Василевский.

А еще наконечники копий, щепы от орудий. Всего больше 200 находок. Самая ценная – осколок ножа из вулканического стекла и яшмы. Большую часть артефактов уже отправили на экспертизу, чтобы точнее определить их возраст.

«Я думаю, это эпоха неолита. Но вот его этап либо начальный, либо средний. Грубо говоря, им от 10 до 7.5 тысяч лет», – отметил кандидат исторических наук Вячеслав Грищенко.

Археологи активно раскапывают слой, который относят к эпохе неолита. Собирать ранее неизвестную историю Сахалина ученым приходится в прямом смысле по осколкам. Специалисты полагают, они раскопали стоянку древних людей. 10 тысяч лет назад тут была река, на ее берегах первые жители острова охотились и рыбачили.

«Мне бы, конечно, хотелось, чтобы все, что здесь нашли археологи, попало в наш музей. Чтобы все, кто живет на Сахалине и приезжает, знали больше об истории нашей местности. О том, как здесь жили люди, чем занимались. Это не только пополняет наш багаж, но и делает нас, современных жителей, культурнее, образованнее», – заявил мэр Южно-Сахалинска Сергей Надсадин.

По плану, археологи закончат раскопки к концу июля, а дальше к работе приступят строители. Уже скоро на этом месте, как и 10 тысяч лет назад, будут жить люди. На территории нового микрорайона сахалинской столицы будет построено около 300 тысяч квадратных метров жилья.

Засуха в Испании, наводнения в Австралии, аномальная жара в Китае и Японии. Сможем ли мы остановить изменение климата?

Некоторые части Португалии и Испании переживают сегодня сильнейшую засуху за тысячу лет. Недавнее исследование показало, что виной этому — область высокого атмосферного давления, увеличившаяся из-за изменения климата. Авторы работы предупреждают о серьёзных последствиях этих изменений для важных для региона производств: вина и оливок.

А ведь одного только оливкового масла Испания экспортирует более чем на три миллиарда долларов ежегодно! Это означает, что экономический урон, который регион может понести из-за изменения климата, будет более чем ощутимым.

Но в этом материале речь пойдёт не только об угрозах, но и о надеждах и вполне реалистичных планах борьбы с изменением климата планеты.

Что же привело к рекордной засухе в Португалии и Испании? Азорский антициклон. Это область высокого давления, воздушные массы в которой вращаются по часовой стрелке над Северной Атлантикой в районе Азорских островов. Он оказывает большое влияние на погоду и долгосрочные климатические тенденции в Западной Европе.

Моделирование климата за последние 1200 лет показало, что изменения в системе высокого давления в Северной Атлантике, произошедшие в XX веке, беспрецедентны для последнего тысячелетия.

Эта область высокого давления начала расти, покрывая всё большую площадь около 200 лет назад. Именно тогда загрязнение атмосферы Земли парниковыми газами начало увеличиваться в связи с переходом ведущих стран мира от аграрного уклада к индустриальному.

Ещё более резко Азорский антициклон расширился в XX веке, не отставая от темпов глобального потепления.

Авторы также изучили материальные доказательства: уровни осадков, отражавшиеся на росте португальских сталагмитов на протяжении сотен лет. Учёные обнаружили, что по мере расширения Азорского антициклона зимы в западной части Средиземноморья становились всё более сухими.

Исследователи предупреждают, что Азорский антициклон продолжит расширяться в течение XXI века по мере повышения содержания парниковых газов в атмосфере Земли. Это приведёт к увеличению риска засухи на Пиренейском полуострове и новым угрозам для ключевых сельскохозяйственных культур.

Площади, подходящие для выращивания винограда на Пиренейском полуострове, могут сократиться как минимум на четверть и потенциально исчезнуть почти полностью к 2050 году из-за острой нехватки воды.

Также исследователи спрогнозировали падение производства оливок в регионах на юге Испании на 30% к 2100 году.

Виноделы уже ищут способы адаптироваться к изменяющемуся климату: например, перемещают виноградники на большую высоту и экспериментируют с более устойчивыми к жаре сортами.

В 2021 году учёные обнаружили, что сильные весенние заморозки стали чаще губить виноградные лозы во Франции. И виной этому тоже изменение климата: растения раньше дают почки и, следовательно, более подвержены воздействию внезапных и сильных изменений погодных условий.

Результаты моделирования климата были опубликованы в научном журнале Nature Geoscience.

Другой новый пример того, как изменение климата меняет облик Земли — водохранилище Мид, крупнейшее в США.

Это огромный рукотворный водоём, который появился в ходе строительства плотины Гувера на реке Колорадо в начале 1930-х годов.

Водоём площадью 640 км2 хранит воду для десятков миллионов людей и бескрайних сельскохозяйственных угодий на юго-западе США.

Но сейчас Мид заполнен всего на четверть, и объёмы живительной влаги в нём продолжают сокращаться с ужасающей скоростью.

Климатологи говорят, что два десятилетия засухи — не новость для западной части Соединённых Штатов, но в сочетании с глобальным потеплением, вызванным деятельностью человека, такая засуха меняет регион.

Более высокие температуры означают, что в Скалистых горах выпадает меньше влаги в виде снега, а образовавшийся снежный покров тает быстрее (что, впрочем, происходит не всегда).

Это оставляет реку Колорадо без медленного и стабильного питания, которое круглогодично поступало в неё на протяжении столетий и тысячелетий до того, как этот регион был заселён людьми.

Изменчивая погода создаёт беспрецедентные проблемы во всех частях мира. Учёные считают, что все эти аномальные погодные условия — признаки изменения климата, и в текущем столетии они будут лишь усугубляться.

Экстремальная жара летом 2022 года также обрушилась на Китай и Японию.

Япония объявила о самом быстром окончании летнего сезона дождей с начала метеорологических наблюдений в 1951 году. Дожди обычно смягчают летнюю жару, часто продолжаясь до самого июля.

Но в пятницу 1 июля 2022 года в городах Токамачи и Цунан были установлены небывалые рекорды тепла, в то время как температуры в некоторых других регионах и городах побили многолетние рекорды месяца.

Так, в субботу в Токио температура превышала 35 градусов Цельсия восьмой день подряд. Столица Японии переживала такую ​​полосу жары только один раз с 1875 года.

Палящая жара обрушилась и на другие города Страны восходящего солнца. В Исэсаки в префектуре Гумма в пятницу температура преодолела отметку в 40 градусов, почти побив рекорд, установленный всего два года назад.

В Японии уже заговорили о возможных перебоях энергии, так как кондиционирование помещений требует огромных энергетических затрат. Вместе с тем даже власти не отговаривают население от их использования, так как больницы переполнены людьми с тепловыми ударами.

Материковый сосед Японии — Китай — также изнемогает от сильнейшей за последние десятилетия жары, при этом количество осадков в июне также достигло рекордных значений.

В северо-восточных провинциях Шаньдун, Цзилинь и Ляонин количество осадков достигло самого высокого уровня, когда-либо зарегистрированного в июне.

Средняя температура по стране в июне достигла 21,3 градуса по Цельсию, что является самым высоким показателем с 1961 года.

24 июня температура воздуха в городе Сюйчан достигла 42,1 °C, а в Дэнфэн — 41,6 °C. Этот день стал самым жарким за всю историю наблюдений в этих двух городах провинции Хэнань.

Метеорологи КНР заявили, что облегчения в ближайшее время не предвидится. Температуры и осадки на большей части территории Поднебесной будут зашкаливать в течение всего июля.

Уже несколько лет изменение климата терзает и Австралию: засухи, смертоносные лесные пожары, обесцвечивание Большого Барьерного рифа и наводнения происходят всё чаще и интенсивнее по мере изменения глобальных погодных условий.

Более высокие температуры означают, что атмосфера удерживает больше влаги, что приводит к большему количеству осадков.

В наиболее пострадавших районах земля уже напитана водой, поэтому уровень воды быстро поднялся, затопив дома в западных пригородах Сиднея.

Набухшие от дождя реки затопили дома и дороги, заставив тысячи людей покинуть привычные места жизни.

Засуха в Испании, наводнения в Австралии, аномальная жара в Китае и Японии. Сможем ли мы остановить изменение климата?
Десятки тысяч жителей Сиднея и пригородов эвакуируются из-за наводнения.
Фото с сайта Phys.org.

Федеральное правительство к 5 июля 2022 года объявило стихийное бедствие в 23 затопленных районах Нового Южного Уэльса, начав выплачивать пособие пострадавшим жителям.

По словам чиновников, в настоящее время эвакуируются около 50 тысяч человек и ещё 28 тысяч готовятся к бегству из-за повышения уровня воды в Новом Южном Уэльсе.

Не первый год учёные рассуждают о безопасности питьевой воды, которая неизменно падает в периоды наводнений.

Неужели начавшееся стремительное изменение климата уже не остановить? Ведь каждый год мы слышим о всё более высоких температурах, о повышении концентрации углекислого газа в атмосфере, о загрязнении воздуха, воды и почв во всех уголках мира.

Напомним, что в целях ограничения дальнейшего изменения климата 196 стран мира в 2015 году подписали международный договор, известный как Парижское соглашение.

Этот документ подтверждает стремление стран-участниц договора принимать меры для сдерживания прироста глобальной средней температуры мира до уровня 1,5 градуса Цельсия.

Выполнимы ли эти обязательства? Или это лишь пустые разговоры? Пандемия COVID-19 показала, что они вполне выполнимы.

В первые дни пандемии никто не знал, насколько смертоносен коронавирус и как быстро он может распространяться. Поэтому правительства по всему миру немедленно ввели массовые карантины — очень многие люди остались дома, вместо того чтобы идти на работу и по своим привычным делам.

В результате мировая торговля практически остановилась. В это время из-за резкого сокращения движения судов, грузовиков и автомобилей, закрытия заводов и остановки общественного транспорта загрязнение воздуха и почвы значительно снизилось.

Исследователи отметили падение выбросов углекислого газа на 6,3% в 2020 году, что на 2 200 метрических тонн меньше, чем годом ранее!

Авторы нового исследования описывают это падение как крупнейшее в наше время и достаточно большое, чтобы достичь цели в 1,5 °C, если бы принятые меры оставались в силе.

Но, конечно же, эти меры были чересчур экстремальными, чтобы их можно было долго поддерживать. Ограничения были сняты, люди начали возвращаться к работе, а уровень выбросов CO2 поднялся до допандемийного уровня.

Однако исследователи подчёркивают: опыт 2020 года показывает, что цели Парижского соглашения достижимы.

Аналогичные сокращения можно было бы осуществить без серьёзных препятствий для развития мировой экономики.

К примеру, треть сокращения выбросов в 2020 году произошла благодаря значительному ограничению движения легковых и грузовых автомобилей.

Если бы страны по всему миру больше и лучше регулировали деятельность автопроизводителей и автомобилистов, активно внедряли бы электромобили, работающие на электричестве из возобновляемых источников, сделав это новой и приемлемой для людей нормой, цели Парижского соглашения стали бы достижимы.

Обнадёживающее исследование было опубликовано в издании Nature Geoscience.

Во время строительства Мачу-Пикчу подвергался сильным землетрясениям

Доказательства включают значительные повреждения каменной кладки и внезапное изменение стиля строительства.

Цитадель инков Мачу-Пикчу в Перу известна своей великолепной каменной кладкой. Но несколько сооружений на этом месте пострадали, по крайней мере, от двух землетрясений во время строительства, говорится в новом исследовании. Эти землетрясения не только повредили стены, но и привели к резкому изменению технологии строительства.

Исследование — археологический осмотр трех наиболее значительных храмов Мачу-Пикчу — выявило более 140 примеров повреждений. Среди них — большие каменные блоки, которые сдвинулись или углы которых были обломаны. Некоторые из этих повреждений можно объяснить оползанием камней или почвы под храмами.

Во время строительства Мачу-Пикчу подвергался сильным землетрясениям

Но движение многих поврежденных блоков, включая значительные зазоры между некоторыми ранее скрепленными каменными блоками, вероятно, было вызвано сейсмическими толчками, по крайней мере, от двух крупных землетрясений, заключает команда.

Это объясняется тем, что повреждения, которые видны на углах блоков, встроенных в каменные стены, возникают только тогда, когда они ритмично ударяются друг о друга во время землетрясения, сообщают исследователи в этом месяце в журнале Journal of Seismology.

Землетрясения, потрясшие Мачу-Пикчу, скорее всего, произошли между 1438 и 1491 годами до нашей эры, то есть в период развития основных частей города и задолго до прибытия европейцев в этот район.

Во время строительства Мачу-Пикчу подвергался сильным землетрясениям

Отсутствие письменных записей или устных традиций затрудняет определение этого временного промежутка. Независимо от того, когда произошли землетрясения, строительство после этого перешло на более дешевую и простую схему простого укладывания небольших каменных блоков (верхний слой камней, справа вверху), а не вырезания их так, чтобы они сцеплялись между собой.

Анды не чужды сильным землетрясениям. Помимо крупной зоны субдукции на шельфе, которая может порождать мегаземлетрясения магнитудой 8 и более баллов, есть активные разломы на суше, а также некоторые из них лежат непосредственно под самим Мачу-Пикчу.

Раскрыты причины резкого потепления в Арктике

Потепление в Арктике происходит в четыре раза быстрее, чем во всем остальном мире. Ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории наук о Земле и окружающей среде раскрыли, что причинами этого явления, названного арктической амплификацией, являются как антропогенное воздействие, так и внутренняя изменчивость климата, которая пока не воспроизводится моделями. Статья исследователей опубликована в журнале Geophysical Research Letters.

В период 1970-2000-х годов среднегодовой индекс арктической амплификации колебался с двух до трех, то есть климат арктического региона был в два-три раза чувствительнее к глобальному повышению температуры, чем в других регионах. Однако в течение XXI века индекс вырос до четырех. Кроме того, за все время наблюдения арктическая амплификация менялась не плавно, а в виде двух резких скачков примерно в 1986 и 1999 годах, когда темпы повышения температуры приземного воздуха оставались постоянными, а в Арктике возрастали.

Исследователи проанализировали доступные данные о температуре в Арктике и рассмотрели, как они воспроизводятся различными климатическими моделями проекта CMIP

. Четыре модели изменения климата из 39 моделей CMIP6 предсказывают повышение индекса амплификации в 1980-х, однако они упускают резкое усиление потепления в Арктике после 1999 года. По словам авторов работы, это говорит о том, что первоначальный толчок к повышению температуры связан с антропогенными выбросами парниковых газов, однако в дальнейшем нагревание Арктики усилилось из-за внутренних климатических механизмов. Обычно модели не могут воспроизвести кратковременную изменчивость климата, поскольку они нацелены на временные периоды более 30 лет.

Вероятными причинами второго скачка могут быть обратные связи между таянием морского льда и содержанием водяного пара в атмосфере (водяной пар усиливает парниковый эффект), а также перемещение атмосферного и океанического тепла из Атлантики в Арктику, в результате чего происходит атлантификация арктического климата. Скорее всего, индекс продолжит увеличиваться, но более низкими темпами из-за уменьшения разницы в температурах между Арктикой и южными широтами.

По словам авторов работы, те модели, что предсказывают первый скачок, в большей степени подходят для будущих климатических прогнозов. Обычно климатологи усредняют результаты различных климатических моделей, предполагая, что общий результат лучше отдельных прогнозирований, однако в данном случае усреднение упускает из виду явление, которое может значительно повлиять на климат в будущем.

error: Content is protected !!
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика Рейтинг SunHome.ru Твоя Йога