Крушение поездов, падение самолетов, разрушение мостов, выбросы газа и разливы нефти из трубопроводов — причиной подобных катастроф нередко становится коррозия. Чтобы ее укротить, предстоит еще много узнать о сложнейших природных процессах, происходящих вокруг нас.
УДИВИТЕЛЬНЫЙ КЕТЧУП
Группа физиков под руководством Сяна Чэна из Корнеллского университета (США) обнаружила, что высокая вязкость кетчупа, краски и других тягучих жидкостей возникает из-за хаотичного движения частиц и крупных молекул в их составе. Если такую жидкость размешать или встряхнуть, то быстрые молекулы воды или других растворителей увлекают за собой тяжелые частицы и «подавляют» броуновское движение, из-за чего их густота уменьшается.
Вязкость «обычных» жидкостей, таких как вода или спирт, не зависит от внешних условий. В отличие от них, псевдопластичные жидкости — кетчуп, кровь или краска — теряют присущую им густоту при встряхивании, сжатии или любом другом физическом воздействии. Это связано с тем, что такие жидкости очень неоднородны по своему составу и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.
Сян Чэн и его коллеги изучили движение отдельных частиц в псевдопластичной жидкости при помощи сверхбыстрого микроскопа. Ученые подготовили специальную смесь из воды и глицерина, в которой они «растворили» небольшое количество шариков из оксида кремния диаметром 0,96 микрометра. Исследователи ввели внутрь этих сфер немного флуоресцирующего вещества, свечение которого можно было обнаружить при помощи микроскопа.
В статье отмечается, что в условиях покоя в искусственном «кетчупе» шарики-«молекулы» беспорядочно двигаются и постоянно сталкиваются друг с другом, что является причиной высокой вязкости таких жидкостей. При встряхивании сосуда или при помешивании раствора шарики «кетчупа» увлекаются потоком воды и двигаются в одном направлении с ней, из-за чего броуновское движение утрачивает силу.
Кроме того, авторы статьи смогли понять, почему раствор крахмала — своеобразный антипод кетчупа и краски — густеет при помешивании. Оказалось, что крупные частицы в дилатантных жидкостях — к примеру, зерна песка на мокром берегу моря или крахмал в воде — не «успевают» за быстрыми молекулами воды или других растворителей, сцепляются друг с другом и мешают движению жидкости.
Исследователи полагают, что их открытие поможет биологам лучше понять, как изменяется вязкость крови и лимфы при движении по кровеносной системе организма, а также позволит улучшить качество красок, кетчупов и средств для мытья посуды.
10 ОСНОВНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОВ
1. Возраст Земли впервые определен в 1956 г. по соотношению различных изотопов свинца в двух железных и трех каменных метеоритах. Линия в координатах 207РЬ/ 204РЬ — 206РЬ/ 204РЬ, проходящая через эти метеориты, определяет возраст и называется геохро-ной. Средний состав земной коры лежит на геохроне, указывая на то, что возраст Земли близок возрасту метеоритов. Самые древние минералы метеоритов имеют возраст -4,6 млрд. лет, а самые древние минералы Земли — возраст ~4,4 млрд. лет.
2. На ранней стадии существования Протоземли происходило объемное плавление. При этом железо мигрировало к центру под действием сил гравитации, что привело к формированию ядра за менее чем 30 млн. лет существования Земли. Кроме железа в ядре присутствует до 15 % более легких элементов, наиболее вероятно, никеля, кремния и кислорода. Внешнее ядро — жидкое, внутреннее — твердое. Конвекция (перемешивание) в жидком металлическом ядре генерирует магнитное поле Земли.
3. Валовый элементный состав Земли соответствует хондритовым метеоритам. Мантия обогащена кремнием относительно исходного состава Земли, а кора обогащена кремнием относительно мантии. Значительная часть коры, главным образом на континентах, сложена богатыми кремнием породами — гранитами. Граниты встречаются и на других планетах, на Луне и астероидах, однако там они крайне редки.
4. Мантия находится в твердом состоянии. При этом мантийное вещество медленно перемещается — конвектирует так, что на промежутках времени в миллионы лет мантию можно моделировать как очень вязкую жидкость. Тектоника плит — свидетельство конвекции.
Максимально известные скорости движения плит составляют порядка 20 см/год.
5. В срединно-океанических хребтах за счет вулканизма непрерывно образуется новая океаническая кора — идет спрединг океанического дна, а в зонах субдукции океаническое дно уходит обратно в мантию, что позволяет объему Земли оставаться практически неизменным. Однако ее внешний вид со временем меняется: литосферные плиты постепенно реорганизуются — соединяются в единое целое, разделяются на части, появляются новые плиты и исчезают старые.
6. Большинство вулканов (как и землетрясений) локализовано по границам больших и малых литосферных плит. При вулканическом процессе породы источника плавятся только частично. В зависимости от степени частичного плавления, температуры, а также состава плавящегося вещества, на поверхность могут изливаться магмы самого разнообразного состава. Доминируют силикатные магмы, среди которых преобладают базальты. Встречаются очень экзотичные магмы — такие как, например, натровые карбонатиты, состоящие из соды (Na 2C0 3) и других карбонатов.
Подавляющее количество землетрясений происходит в пределах хрупкой коры, мощность которой на континентах составляет в среднем -40 км, а в океанах — 10 км. Однако в зонах субдукции землетрясения происходят и на большей глубине, вплоть до 700 км.
8. Энергия радиоактивного распада изотопов 235U, 238U, 232Th и 40К дает не менее половины тепловыделения Земли. Уран, торий и калий сосредоточены, главным образом, в континентальной коре. Примерно 1,8 млрд. лет назад в Африке действовал природный ядерный реактор «Окло».
9. Первые живые организмы на Земле появились по крайней мере 3,46 млрд. лет назад. Расцвет организмов с твердым скелетом начался много позже — 545 млн. лет назад. После этого жизнь была почти на грани исчезновения 5 раз во время так называемых массовых вымираний. Длительность вымираний была очень короткая в геологическом масштабе времени (миллионы лет или меньше).
10. Текущие климатические изменения (потепление -1° за столетие) являются лишь небольшой флуктуацией на фоне климатических изменений в геологическом прошлом. На Земле неоднократно были гораздо более теплые и существенно более холодные, чем сейчас, периоды времени. Однако современная цивилизация развилась в течение последнего периода относительно стабильного климата, и прошлые, более масштабные пертурбации ее не затрагивали.