Рубрика: Наука

Міжнародна група вчених дійшла висновку, що деякі землетруси можуть бути частково спричинені сильними опадами — дощами та особливо снігопадами. Землетруси насамперед викликає рух тектонічних плит земної кори. Тому вчені шукають причини поштовхів саме під землею.

Команда з Массачусетського технологічного інституту (США), університетів Тохоку, Токійського (Японія) та Віденського (Австрія) дійшла висновку, що деякі землетруси частково можуть бути викликані несподіваними причинами. Результати роботи представлені у журналі Science Advances.

Дослідники зосередили увагу на серії землетрусів, що відбуваються на японському півострові Ното. З кінця 2020 року цей регіон трясли серії сотень невеликих поштовхів. На відміну від типової послідовності землетрусів, яка починається як основний поштовх, що змінюється рядом повторних — так званих афтершоків, поштовхів меншої потужності в порівнянні з головним, землетруси, що відбувалися на Ното є чимось іншим — серію множинних поштовхів без основного. Крім того, такі землетруси не мають очевидного сейсмічного тригера, який би їх запускав.

Вчені проаналізували каталог землетрусів Японського метеорологічного агентства, що надає дані щодо сейсмічної активності по всій країні. Основну увагу дослідники приділили землетрусам на півострові Ното за останні 11 років, коли епізодично спостерігалися ті «нетипові» землетруси, про які йшлося вище.

Дослідники склали зміну картини швидкості сейсмічних коливань на півострові і побачили дивовижну закономірність — у 2020 році, коли почалася серія множинних землетрусів, які не мають основного поштовху, вона дивовижним чином виявилася синхронізованою з певними змінами тиску під землею. І на цей тиск вплинули сезонні коливання погоди – випадання опадів: дощів та снігу.

Тому вчені вивчили те, як сезонні опади впливають на тиск пластового флюїду або поровий тиск — силу, яку флюїди (рідкі або газоподібні компоненти магми або насичені газами розчини, що циркулюють у земних глибинах) у земних тріщинах і розломах надають на породи.

Дощ або сильний сніг збільшують поровий тиск, що дозволяє сейсмічним хвилям поширюватися повільніше. Коли ця вода йде під землю або випаровується, поровий тиск знижується, і сейсмічні хвилі поширюються швидше. Щоб найкраще зрозуміти динаміку цих процесів, дослідники розробили гідромеханічну тривимірну модель півострова Ното. Таким чином вони змогли відстежити зміни надлишкового порового тиску на цій ділянці суші до та під час землетрусу.

Коли вчені включали в модель дані про снігопади (особливо про екстремально сильні), відповідність між тим, що вони бачили, і що відбувалося насправді за даними Японського метеорологічного агентства за той же період, було найбільш повним. Це означає, що багато землетрусів, з якими зіткнулися жителі Ното, частково можна пояснити сезонними опадами, зокрема, сильними снігопадами. При цьому первинний тригер, який запускає поштовхи, безперечно, знаходився під землею. 

Методи супрамолекулярної хімії дозволяють створювати химерні молекулярні зв’язки зі складних молекул. Тільки налаштування реакцій для синтезу складне і непередбачуване. Однак у разі успіху можна досягти неймовірного результату, який, наприклад, отримала група хіміків з Великобританії та Китаю, яка створила першу у своєму роді молекулу для ефективного поглинання парникових газів і не тільки.

Свою молекулу вчені з Університету Херіот-Ватт в Единбурзі назвали клітиною з клітин . Це свого роду каркас із каркаса, складання якого відбувається саме собою під час серії послідовних хімічних реакцій. Спочатку збираються молекули, які на вигляд нагадують призми, а потім ці «призми» збираються в тетраедри. Виходить глибоко пористий матеріал, молекули якого здатні організовувати стійкі зв’язки з молекулами вуглекислого газу і, в принципі, іншими летючими органічними сполуками.

Наприклад, новий матеріал показав здатність абсорбувати «запах» синтетики від нових речей, що запобігатиме появі не всім приємних запахів від нового салону автомобіля чи телевізора. Але найбільше вчених вразила здатність синтезованої молекули поглинати гексафторид сірки (SF₆). Цього парникового газу порівняно мало в атмосфері, але він здатний накопичуватися будь-де і зберігатися там понад 3 тис. років. За 100 років, наприклад, парниковий ефект від SF₆ буде у 23 500 разів сильнішим, ніж від викидів CO₂.

«Це захоплююче відкриття, – пояснюють вчені, –тому, що нам потрібні нові пористі матеріали, які допоможуть вирішити найбільші проблеми суспільства, такі як уловлювання та зберігання парникових газів».

Синтезована молекула, що важливо, не боїться вологи, що дозволить новому матеріалу абсорбувати парникові гази безпосередньо з промислових викидів, що часто являють собою водяну пару або стоки. Відкрита речовина добре показала себе в лабораторії, але коли вона вийде на простір комерційного використання — це окреме і не зрозуміле питання, а повний текст статті в журналі Nature Synthesis можна знайти за посиланням.

Спин електрона — ідеальний квантовий біт природи, здатний розширювати діапазон зберігання інформації за межі «одиниці» чи «нуля». Використання спінового ступеня свободи електрона (можливих спінових станів) є центральною метою квантової інформаційної науки.

Нещодавні досягнення дослідників Національної лабораторії Лоуренса Берклі (Berkeley Lab) Джозефа Оренштейна, Юе Суня, Цзе Яо та Фанхао Менга показали потенціал пакетів магнонних хвиль — колективних збуджень спіну електронів — переносити квантову інформацію на значні відстані в класі матеріали, відомі як антиферомагнетики.

Їх робота перевертає традиційне розуміння того, як такі збудження поширюються в антиферомагнетиках. Майбутня ера квантових технологій — комп’ютерів, датчиків та інших пристроїв — залежить від точної передачі квантової інформації на відстані.

Завдяки своєму відкриттю, опублікованому в журналі Nature Physics, Оренштайн і його колеги сподіваються зробити ще один крок ближче до цих цілей. Їхнє дослідження є частиною ширших зусиль лабораторії Берклі, спрямованих на просування квантової інформації шляхом роботи в екосистемі квантових досліджень, від теорії до застосування, для виготовлення та тестування пристроїв на основі квантової технології та розробки програмного забезпечення та алгоритмів.

Електронні спини відповідають за магнетизм у матеріалах, і їх можна розглядати як крихітні стрижневі магніти. Коли сусідні спіни орієнтовані в різних напрямках, результатом є антиферомагнітний порядок, і розташування не створює сумарної намагніченості.

Щоб зрозуміти, як пакети магнонних хвиль рухаються крізь антиферомагнітний матеріал, група Оренштейна використовувала пари лазерних імпульсів, щоб порушити антиферомагнітний порядок в одному місці, одночасно досліджуючи в іншому місці, створюючи моментальні знімки їх поширення. Ці зображення показали, що пакети магнонних хвиль поширюються в усіх напрямках, як брижі на ставку від впущеної гальки.

Команда лабораторії Берклі також показала, що пакети магнонних хвиль в антиферомагнетику CrSBr (сульфід броміду хрому) поширюються швидше та на більші відстані, ніж передбачають існуючі моделі. Моделі припускають, що кожен спін електрона з’єднується лише зі своїми сусідами. Аналогія — система сфер, з’єднаних з найближчими сусідами пружинами; переміщення однієї сфери з її бажаного положення створює хвилю зсуву, яка поширюється з часом.

Дивно, але такі взаємодії передбачають швидкість розповсюдження, яка на порядки повільніша, ніж насправді спостерігала команда.

«Однак пам’ятайте, що кожен електрон, що обертається, схожий на крихітний стрижневий магніт. Якщо ми уявімо заміну сфер крихітними стрижневими магнітами, що представляють обертові електрони, картина повністю зміниться», — сказав Оренштейн. «Тепер замість локальної взаємодії кожен стрижневий магніт з’єднується з кожним іншим у всій системі за допомогою такої ж взаємодії на великій відстані, яка тягне магніт холодильника до дверцят холодильника».

Міжнародна дослідницька група в Центрі пучків рідкісних ізотопів (FRIB) при Університеті штату Мічіган успішно створила п’ять нових ізотопів, наблизивши зірки до Землі.

Про ізотопи, відомі як тулій-182, тулій-183, ітербій-186, ітербій-187 і лютецій-190, було повідомлено 15 лютого в журналі Physical Review Letters.

Вони являють собою першу партію нових ізотопів, виготовлених у FRIB, призначеному для користувачів Управлінні науки Міністерства енергетики США або DOE-SC, що підтримує місію Управління ядерної фізики DOE-SC. Нові ізотопи показують, що FRIB наближається до створення ядерних зразків, які наразі існують лише тоді, коли надщільні небесні тіла, відомі як нейтронні зірки, врізаються одне в одне.

«Це захоплююча частина», — сказала Олександра Гаде, професор фізики в FRIB і на факультеті фізики та астрономії МДУ та науковий директор FRIB. «Ми впевнені, що зможемо підійти ще ближче до тих ядер, які важливі для астрофізики».

Гаде також є одним зі спікерів проекту, яким керував Олег Тарасов, старший фізик-дослідник FRIB.

Дослідницька група включала когорту з FRIB і MSU, а також співробітників з Інституту фундаментальної науки в Південній Кореї та RIKEN в Японії, акронім перекладається як Інститут фізико-хімічних досліджень.

«Це, мабуть, перший раз, коли ці ізотопи існували на поверхні Землі», — сказав Бредлі Шерілл, почесний професор університетського коледжу природничих наук МДУ та керівник відділу передового сепаратора рідкісних ізотопів у FRIB.

Щоб пояснити, що означає «просунутий» у цьому контексті, Шерріл сказав, що дослідникам потрібна лише пара окремих частинок нового ізотопу, щоб підтвердити його існування та ідентичність за допомогою найсучасніших інструментів FRIB.

Тепер дослідники знають, як виробляти ці нові ізотопи, і вони можуть почати виробляти їх у більших кількостях, щоб проводити експерименти, які ніколи раніше не були можливими. Дослідники також прагнуть йти шляхом, який вони проклали, щоб створити більше нових ізотопів, які ще більше схожі на те, що є в зірках.

«Мені подобається проводити аналогію з подорожжю. Ми з нетерпінням чекали можливості поїхати туди, де ніколи раніше не були, і це перший крок», – сказала Шерріл. «Ми вийшли з дому й починаємо досліджувати».

Майже зірка

Наше сонце – це космічна атомна фабрика. Він достатньо потужний, щоб взяти ядра двох атомів водню або ядер і злити їх в одне ядро ​​гелію. Водень і гелій є першими і найлегшими записами в періодичній системі елементів. Щоб дістатися до важчих елементів на столі, потрібне навіть більш інтенсивне середовище, ніж те, що можна знайти на сонці. Вчені припускають, що такі елементи, як золото, приблизно в 200 разів масивніші за водень, утворюються при злитті двох нейтронних зірок.

Нейтронні зірки — це залишки ядер зірок, що вибухнули, які спочатку були набагато більшими за наше Сонце, але не настільки більшими, щоб вони могли стати чорними дірами в своїх останніх діях. Незважаючи на те, що вони не є чорними дірами, нейтронні зірки все ж мають величезну масу в дуже скромних розмірах.

«Вони приблизно розміром з Лансінг із масою нашого Сонця», — сказала Шерріл. «Це непевно, але люди думають, що все золото на Землі було зроблено в результаті зіткнень нейтронних зірок».

Створюючи ізотопи, які присутні на місці зіткнення нейтронної зірки, вчені могли б краще дослідити та зрозуміти процеси, пов’язані з утворенням цих важких елементів. П’ять нових ізотопів не є частиною цього середовища, але вони є найближчими вченими до досягнення цієї особливої ​​території — і перспективи нарешті досягти її дуже хороші.

Щоб створити нові ізотопи, команда направила пучок іонів платини, спрямований у вуглецеву мішень. Струм пучка, поділений на стан заряду, становив 50 наноампер. Після проведення цих експериментів FRIB вже збільшив потужність свого променя до 350 наноампер і планує досягти 15 000 наноампер. Тим часом нові ізотопи самі по собі захоплюють, відкриваючи спільноті ядерних дослідників нові можливості зробити крок у невідоме.

«Це не дивно, що ці ізотопи існують, але тепер, коли вони у нас є, у нас є колеги, які будуть дуже зацікавлені в тому, що ми можемо виміряти далі», — сказав Гаде. «Я вже починаю думати про те, що ми можемо зробити далі з точки зору вимірювання їхнього періоду напіврозпаду, маси та інших властивостей».

Дослідження цих величин в ізотопах, які ніколи раніше не були доступні, допоможе отримати інформацію та вдосконалити наше розуміння фундаментальної ядерної науки.

«Є так багато чого ще, щоб навчитися», — сказала Шерілл. «І ми вже в дорозі».

Дослідники з Тель-Авівського університету розгадали головоломку про те, чому Homo erectus протягом сотень тисяч років неодноразово повертався до певних каменоломень і місць виготовлення знарядь епохи палеоліту. Виявилося, що ці місця були стратегічно обрані вздовж шляхів міграції слонів, на яких полювали та обробляли за допомогою крем’яних знарядь, виготовлених у цих місцях.

Дослідження проводили доктор Меїр Фінкель і професор Ран Баркаї з кафедри археології та стародавніх культур Близького Сходу Тель-Авівського університету імені Джейкоба М. Алкова Дослідження було опубліковано в журналі Archaeologies.

Дослідження місць видобутку кременю та виготовлення інструментів

Майже 20 років професор Баркай та його колеги досліджували місця видобутку кременю та виготовлення інструментів у Верхній Галілеї. Ці місця характеризуються великими конкреціями кременю, зручними для виготовлення, і розташовані в межах пішої досяжності від основних палеолітичних місць у долині Хула — Гешер Бенот Яков і Мааян Барух.

Ці місця можуть похвалитися тисячами кар’єрів і місць видобутку, де до півмільйона років тому, в період нижнього палеоліту, доісторичні люди виготовляли знаряддя праці та залишали жертви, незважаючи на наявність кременю в інших геологічних утвореннях у різних місцях. Оскільки слони були основним харчовим продуктом для цих ранніх людей, дослідники Тель-Авівського університету перехресно порівняли базу даних розподілу місць з базою даних шляхів міграції слонів і виявили, що місця видобутку та вирубки кременю розташовані в скелі. оголення поблизу шляхів міграції слонів.

Стратегічне розміщення кар’єрів поблизу джерел води

«Слон споживає в середньому 400 літрів води на день, і тому він має фіксовані шляхи пересування», — каже доктор Фінкель. «Це тварини, які покладаються на щоденний запас води, а отже, на джерела води — береги озер, річок і струмків. У багатьох випадках ми виявляємо місця полювання та обробки слонів на «необхідних переходах» — там, де потік або річка проходить через крутий гірський перевал, або коли шлях уздовж берега озера обмежений простором між берегом і гірським хребтом.

У той же час, враховуючи відсутність доступних засобів збереження та присутність хижих тварин у цьому районі, вікно можливостей для групи мисливців-збирачів виснажити свою здобич слонів було обмеженим. Тому необхідно було заздалегідь і поблизу підготувати відповідні ріжучі інструменти у великій кількості. З цієї причини у Верхній Галілеї ми знаходимо кар’єрні видобутки та місця для рубки, розташовані на невеликій відстані від місць розбиття слонів, які розташовані вздовж шляхів пересування слонів».

Згодом дослідники намагалися застосувати адаптовану модель із тієї, яку вони розробили в Ізраїлі, до кількох місць нижнього палеоліту в Азії, Європі та Африці, де існує така «тріада». Це включало як місця, де полювали на слонів або мамонтів, так і пізніші місця, де здобиччю були інші тварини, такі як бегемоти, верблюди та коні.

«Схоже, що палеолітична свята трійця є вірною для всіх: скрізь, де була вода, були слони, і скрізь, де були слони, людям доводилося знаходити відповідні скелі, щоб видобути камінь і виготовляти знаряддя, щоб полювати та різати своїх улюблених травоїдних тварин. », — каже професор Баркай. «Це була традиція: протягом сотень тисяч років слони блукали одним і тим же маршрутом, а люди виготовляли кам’яні знаряддя поблизу. Зрештою ці слони вимерли, і світ змінився назавжди».

Згідно з новим дослідженням, «ворота в підземний світ», величезний кратер у вічній мерзлоті Сибіру, ​​щороку збільшується на 35 мільйонів кубічних футів (1 мільйон кубічних метрів) у міру танення мерзлої землі.

Кратер, офіційно відомий як кратер Батагай (також пишеться як Батагайка), має округлу скелю, яка вперше була помічена на супутникових знімках у 1991 році після того, як частина схилу пагорба обвалилася на Янійській височині на півночі Якутії в Росії. Це обвалення оголило шари вічної мерзлоти в решті частини схилу пагорба, яка була замерзла до 650 000 років — це найстаріша вічна мерзлота в Сибіру і друга найстаріша у світі.

Нові дослідження свідчать про те, що скеля, або головний вал Батагай, відступає зі швидкістю 40 футів (12 метрів) на рік через танення вічної мерзлоти. Зруйнована ділянка схилу пагорба, яка опустилася на 180 футів (55 м) нижче головної стіни, також швидко тане і в результаті опускається.

«Характеристики швидкого танення вічної мерзлоти є широко поширеними і спостерігаються в зростанні в арктичних і субарктичних багатих льодами місцевостях вічної мерзлоти», — написала дослідницька група в дослідженні, опублікованому онлайн 31 березня в журналі Geomorphology. Однак кількість льоду та осаду, втраченого в результаті мегаспаду Батагая, є «виключно високою» через величезний розмір западини, яка простягалася на 3250 футів (990 м) в ширину станом на 2023 рік.

У 2014 році його ширина досягла 2600 футів (790 м), тобто менш ніж за 10 років він збільшився на 660 футів (200 м). Дослідники вже знали, що він зростає, але це перший раз, коли вони кількісно визначили об’єм розплаву, який витікає з кратера. Вони зробили це, перевіривши супутникові зображення, польові вимірювання та дані лабораторних досліджень зразків із Батагая. 

Результати показали, що область льоду та осаду, еквівалентна більш ніж 14 Великим пірамідам Гізи, розтанула від мегаспаду після його обвалу. Швидкість танення залишалася відносно стабільною протягом останнього десятиліття, відбуваючись в основному вздовж передньої стінки на західному, південному та південно-східному краях кратера.