Межа ядро–мантія (CMB) — це межа розділу між залізним металевим ядром Землі та товстим скелястим шаром мантії безпосередньо над ядром. Це світ крайнощів — температури в тисячі градусів за Фаренгейтом і тиск, який у мільйон разів перевищує тиск на поверхні Землі. Хоча це може здатися далеко від нашого середовища на поверхні Землі, шлейфи матеріалу з CMB можуть підійматися вгору через планету протягом десятків мільйонів років, впливаючи на хімію, геологічну структуру та тектоніку плит поверхневого світу, де ми живемо.

Хоча вчені не можуть подорожувати до центру Землі, щоб вивчити CMB, вони можуть отримати підказки про те, що лежить під поверхнею планети, вимірявши землетруси. Сейсмічні хвилі поширюються з різною швидкістю залежно від матеріалу, через який вони проходять, що дозволяє дослідникам зробити висновок про те, що лежить глибоко під поверхнею, використовуючи сейсмічні ознаки. Це аналогічно тому, як ультразвук використовує звукові хвилі для зображення внутрішньої частини людського тіла.

Останні дослідження показують, що основа земної мантії насправді складна й неоднорідна, зокрема, є гірські регіони, де сейсмічні хвилі таємничим чином уповільнюються. Ці плями, названі зонами наднизьких швидкостей (ULVZs) і вперше виявлені Доном Хелмбергером з Каліфорнійського технологічного інституту, мають товщину в десятки кілометрів і лежать під нашими ногами приблизно на 3000 кілометрів.

«Оскільки ми не можемо просто спуститися до CMB і провести вимірювання, є багато відкритих питань щодо регіону, який є таким важливим для еволюції нашої планети», — каже Дженніфер Джексон, професор фізики мінералів Вільяма Е. Леонгарда. «Чому існують ULVZs і з чого вони зроблені? Що вони вчать нас про те, як розвивалася Земля і яку роль відіграє регіон у динаміці Землі? Чи є ці краплі твердими, чи розплавленими в екстремальних умовах CMB?»

У 2010 році Джексон та її команда припустили, що ці краплі містять вищий вміст оксиду заліза, ніж мантія, що їх оточує. Твердий оксид заліза уповільнює сейсмічні хвилі, що може пояснити низькі швидкості, виміряні при проходженні крізь краплі. Але чи може оксид заліза навіть бути твердим при екстремальних температурах і тисках CMB?

Тепер нове дослідження, проведене в лабораторії Джексона, провело детальні вимірювання поведінки оксиду заліза в діапазоні температур і тисків, подібних до тих, що знаходяться в CMB. Отримана так звана фазова діаграма показує, що, всупереч попереднім теоріям, оксид заліза залишається твердим навіть при дуже високих температурах. Це є найпереконливішим доказом того, що тверді регіони, багаті залізом, є реалістичним поясненням ULVZ і можуть відігравати ключову роль у створенні глибоких шлейфів. Ці знахідки спонукають до майбутньої роботи над твердими матеріалами, багатими на залізо, щоб краще зрозуміти глибинні надра Землі.

Стаття з описом дослідження з’явилася в журналі Nature Communications 13 листопада.

На атомному рівні твердий оксид заліза складається з атомів заліза та кисню, акуратно розташованих у впорядкованих повторюваних структурах. Коли тверда речовина починає плавитися, атоми втрачають свою жорстко впорядковану структуру й починають плавно рухатися. Нове дослідження під керівництвом колишнього аспіранта Каліфорнійського технологічного інституту Василія Добросавлєвича (PhD ’22) мало на меті експериментальне визначення температур і тисків, при яких відбувається цей перехід.

Досягнення екстремальних температур і тиску в експериментах було можливим протягом десятиліть, але для експериментів потрібні крихітні зразки, менші за середню ширину людської волосини. Використовуючи такі маленькі зразки, важко визначити точну температуру, при якій матеріал починає перехід із твердого стану в рідкий. Понад десять років Джексон і його колеги розробляли методику виявлення плавлення при високому тиску. Нове дослідження використовує цю точну техніку, яка називається мессбауеровською спектроскопією, для спостереження за динамічною конфігурацією атомів заліза.

«Ми використовуємо Мессбауера, щоб відповісти на питання про динамічний рух атомів заліза», — каже Добросавлєвич. «Протягом короткого проміжку часу приблизно в 100 наносекунд ми хочемо знати: чи вони майже не рухаються, як у твердому тілі, чи вони рухаються багато, як у рідині? Наше нове дослідження доповнює мессбауерівську спектроскопію незалежним методом X- дифракція променів, яка дозволяє спостерігати положення всіх атомів у зразку».

Після десятків експериментів при різних температурах і тисках команда виявила, що під тиском CMB Землі оксид заліза плавиться при вищих температурах, ніж передбачалося раніше: понад 4000 Кельвінів, що еквівалентно приблизно 6700 градусам за Фаренгейтом. Дослідження також дало несподіваний результат щодо так званих атомних дефектів у залізних матеріалах.

Дослідники знають, що за тиску на рівні моря кожен зразок оксиду заліза має крихітні регулярно розташовані дефекти у своїй атомній структурі. На кожні 100 атомів кисню припадає лише близько 95 атомів заліза, тобто близько п’яти атомів заліза «відсутні». Дослідники обговорювали, як ці дефекти на атомному рівні можуть впливати на матеріал у більшому масштабі — як він проводить електрику й тепло, наприклад, чи деформується під тиском тощо. Ці параметри є критично важливими для розуміння планетних надр, де тепловий потік і деформація матеріалу керують планетарною динамікою. Однак поведінка дефектів при високих тисках і температурах, подібних до тих, що були виявлені в CMB, досі була невідома.

Добросавлевич і його команда виявили, що при температурах на кілька сотень Кельвінів, нижчих за точку плавлення оксиду заліза, крихітні атомні дефекти починають зміщуватися у твердому матеріалі, стаючи «невпорядкованими». Це могло б пояснити, чому попередні експерименти припускали, що оксид заліза плавився при нижчих температурах: ці експерименти насправді спостерігали зрушення в дефектах, а не плавлення всієї кристалічної структури.

«Перед тим, як твердий кристал переходить у рідкий, ми бачимо, що дефектна структура зазнає переходу від упорядкованої до невпорядкованої», — каже він. «Тепер ми хочемо знати, який вплив цей нещодавно відкритий перехід має на фізичні властивості багатих залізом регіонів, таких як ULVZ? Як дефекти впливають на транспортування тепла, і що це означає для формування та генерації висхідних шлейфів. які виходять на поверхню? Ці запитання будуть керувати подальшими дослідженнями». Джерело

Наслідки зміни клімату вбивають людей і негативно впливають на здоров’я все більшої кількості людей у ​​світі. Зростаючі загрози здоров’ю можуть посилитися, якщо ми терміново не звернемося до зміни клімату. Навіть при глобальному потеплінні на 1,14 градуса людські втрати стрімко зростають, йдеться у восьмому глобальному звіті The Lancet Countdown on Health and Climate Change.

Університет Умео є єдиним у Швеції, який бере участь у роботі, і дослідники внесли свій внесок у нові висновки, які представлені у звіті. Одним із дослідників є Марія Нільссон, професор кафедри епідеміології та глобального здоров’я, яка заявляє: «Цьогорічна доповідь надає все більше доказів шкідливого впливу зміни клімату на здоров’я та підкреслює нагальну потребу в заходах пом’якшення наслідків зміни клімату та адаптації. Звіт містить тривожну інформацію про тенденції».

Нові глобальні прогнози показують серйозну та зростаючу загрозу здоров’ю, що посилюється несвоєчасними та відсутніми діями щодо зміни клімату.

«З огляду на те, що щосекунди викидається 1337 тонн вуглекислого газу, викиди не скорочуються навіть близько до рівня, необхідного для підтримки кліматичних небезпек на рівні, з яким можуть впоратися наші системи охорони здоров’я», — говорить професор Ян Семенза з Департаменту громадського здоров’я та клінічної медицини, один із дослідників, які працювали над доповіддю.

Деякі з ключових висновків:

• Пасивне очікування без впровадження кліматичних заходів уже коштує життів і засобів до існування. У 2022 році люди в середньому 86 днів піддавалися нездоровим високим температурам, з яких 60% мали принаймні вдвічі більшу ймовірність виникнення через кліматичні зміни, спричинені людиною.
• Нещодавні глобальні прогнози показують серйозну та зростаючу загрозу здоров’ю внаслідок подальших запізнілих дій щодо зміни клімату, а також те, що до середини сторіччя у світі, ймовірно, утричі зросте кількість смертей, пов’язаних зі спекою.
• У новому регіональному розділі звіту висвітлюється різний і неоднаковий досвід впливу зміни клімату на здоров’я, а також вигоди від адаптації до зміни клімату та переваги для здоров’я від переходу на чисту енергію. Автори описують можливості, які пропонує справедливий перехід до енергетики для зменшення нерівності в здоров’ї та покращення здоров’я та добробуту всіх груп населення.
• Дані цьогорічного звіту показують, що світ рухається в неправильному напрямку. Уряди, підприємства та банки продовжують інвестувати в нафту та газ, оскільки виклики та витрати на адаптацію до клімату різко зростають, а світ наближається до незворотної шкоди.
• Без глибоких і невідкладних заходів для усунення першопричин зміни клімату здоров’ю людей загрожує серйозна загроза. Чіткі висновки повинні призвести до термінових кліматичних дій, орієнтованих на здоров’я, щоб перетворити глобальну економіку на вуглецево-нейтральну основу, водночас забезпечуючи «трансформаційні можливості» для покращення здоров’я населення світу через покращений доступ до енергії та безпеку, чистіше повітря, безпечніше пиття води, здоровішого харчування та способу життя, а також зручніших для життя міст.

Кліматична дія, орієнтована на здоров’я

Нездатність серйозно пом’якшити зміну клімату є очевидною в доповіді, у зв’язку з втратами та збитками, пов’язаними зі здоров’ям, стрімко зростають у всьому світі. Однак звіт оприлюднюється напередодні 28-ї Конференції ООН зі зміни клімату (COP28), центральною темою якої вперше буде здоров’я, офіційний день здоров’я та зустріч міністрів клімату та охорони здоров’я. Звіт Lancet Countdown надає докази, необхідні для інформування про переговори та здійснення реальних кліматичних заходів із захисту здоров’я. У відповідь на публікацію звіту Генеральний секретар ООН Антоніу Гутерріш (який не брав участі в підготовці звіту) сказав:

«Ми вже спостерігаємо розгортання людської катастрофи, коли здоров’я та засоби до існування мільярдів людей у ​​всьому світі знаходяться під загрозою через рекордну спеку, загибель врожаю посухи, зростаючий рівень голоду, зростання спалахів інфекційних захворювань, смертоносних штормів і повеней. Триваюче розширення копалин паливо є смертним вироком для мільйонів. Немає виправдання постійному зволіканню з кліматичними діями. Підвищення температури має бути обмежено до 1,5°C, щоб запобігти найгіршим змінам клімату, врятувати мільйони життів і допомогти захистити здоров’я кожного на землі».

Покращена якість повітря

Проблеми значні, але у звіті описано переваги для здоров’я, які може отримати від переходу до безвуглецевого майбутнього. Важливою частиною є зобов’язання забезпечити та підтримати прискорений перехід до чистої енергії та енергоефективності в країнах з низьким рівнем доходу.

Водночас покращення якості повітря могло б запобігти багатьом із 1,9 мільйона смертей щороку безпосередньо через вплив зовнішнього забруднення повітря, отриманого паливом, і мільйони інших смертей через забруднення повітря в приміщеннях. У звіті також описуються можливості значного додаткового впливу на здоров’я завдяки прискореному переходу на дієти з низьким викидом вуглецю. Джерело