Разные разности

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Мочевина, или карбамид, — это вещество, которое всегда с нами. Оно постоянно образуется в организме в результате метаболизма и выводится с мочой. Но этим роль мочевины в нашей жизни не ограничивается. Карбамид — отличное азотное удобрение, средство для борьбы с вредителями, кормовая добавка для крупного рогатого скота, компонент для производства карбамидоформальдегидных смол, меламина, пластмасс и клеев. Карбамид задействован в производстве хлебобулочных изделий и жевательной резинки в роли усилителя вкуса и аромата, в составе глазирующего вещества (пищевая добавка E927b). Есть у мочевины работа в медицине и косметологии.

Так что мочевины человечеству нужно много. Каждый год в мире производят больше 150 миллионов тонн карбамида. Более 60% мирового производства мочевины приходится на Египет, Индию, Индонезию, Китай, Россию и США. При этом Египет, Индонезия, Китай и Россия — ключевые поставщики карбамида на внешние рынки, а Индия и США возглавляют мировой рейтинг импортеров этого вещества.

Карбамид синтезируют из аммиака и углекислого газа по реакции А.И. Базарова. Процесс не простой, потому что требует высокой температуры и давления. А значит, и расход энергии велик.

Мочевина (карбамид)

И вот поразительная новость. Оказывается, природа умеет синтезировать мочевину без всех этих ухищрений — при комнатной температуре и давлении. Я сейчас говорю не о ферментативном процессе в нашем организме. Я говорю о неживой природе за окном.

Это открытие сделали исследователи из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе. Они обнаружили, что на поверхности небольшой капли воды, в которой растворен аммиак и которая находится в среде углекислого газа, безо всякого нагрева, давления и катализаторов самопроизвольно образуется карбамид.

Исследователи пишут в своей статье в Science, что «поверхностный слой действует как микроскопический проточный реактор с химическими градиентами, обеспечивающими доступ к нетрадиционным путям реакции. Перепад pH между внутренней и внешней частью капли воды обеспечивает достаточно кислые условия реакции, чтобы растворенный в воде аммиак мог вступать в реакцию с CO₂ из воздуха. В то же время существует градиент концентраций, который смещает химический баланс реакции в сторону мочевины».

Швейцарские химики экспериментировали с крошечными капельками воды диаметром несколько микрометров. В природе такие микрокапельки можно найти, например, в морских брызгах или тумане. Химики пишут, что мочевина образуется в каплях самопроизвольно, без внешнего источника энергии. Но, возможно, без энергии поверхности здесь не обошлось. У таких микрометровых капель отношение площади поверхности к объему велико, из-за чего физические свойства этих объектов изменяются. Например, у молекул, составляющих раствор, на поверхности капли меньше соседей, чем у молекул в толще жидкости. Это делает их более энергичными по сравнению с молекулами, находящимися вдали от поверхности. В маленькой капле с большой поверхностью таких молекул много…

Вообще, не случайно в науке выделилась отдельная дисциплина — химия поверхности, междисциплинарная область науки, предметом изучения которой служат состав, структура и свойства межфазной границы, а также протекающие на ней химические превращения. Потому что все самое интересное в природе происходит именно на поверхности, на границе раздела фаз. Случай с самопроизвольным синтезом мочевины — как раз именно об этом.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Наша цивилизация прожорлива и ненасытна. Ей требуется все больше и больше природных ресурсов, чтобы не только напоить и накормить человечество, но и создать ему комфортную среду обитания в соответствии с уровнем технического прогресса. Необходимый элемент такой среды сегодня — электроника, компьютеры и всяческие гаджеты. Их начинка — процессоры, карты памяти и т.п. — содержит десятки металлов, в том числе редких и драгоценных. Например — золото.

Каждый год на свалки отправляются несколько десятков миллионов тонн этих электронных отходов. Только лишь пятая их часть идет в переработку. В результате драгоценное золото, разбросанное по помойкам, безвозвратно рассеивается по всему миру и пропадает. А запасы его на Земле конечны. Поэтому нужно всячески приветствовать усилия материаловедов и химиков, которые пытаются извлечь золото из электронных отходов и вернуть его в промышленность, то есть пустить по кругу.

Казалось бы, технологии извлечения золота из природных руд давно известны и используются. Однако технологии эти опасные и для человека, и для окружающей среды. Одна из них — извлечение золота с помощью ртути (золото образует с ртутью амальгаму). Амальгаму нагревают, ртуть испаряется, и остается золото. Слова «ртуть испаряется» звучат просто зловеще.

Другой способ получше, но не сильно — это цианидный процесс, или процесс Макартура — Форреста. Руду, содержащую золото, причем малые его количества, обрабатывают растворами цианидов, они образуют комплексы с золотом, растворимые в воде. А затем золото извлекают из этого раствора с помощью электролиза или химических реакций. Понятно, что цианиды — вещества опасные и могут нанести вред окружающей среде и ее обитателям. Так что нужен безопасный способ извлечения золота из электронных отходов — безртутный и бесцианидный.

И его разработала исследовательская группа под руководством Максимилиана Манна (Maximilian Mann) из Университета Флиндерса в Австралии (Nature Sustainability). Главное действующее лицо новой технологии — трихлоризоциануровая кислота:

Наверное, вы уже догадались, что это вещество обладает дезинфицирующими свойствами — хлора много. Действительно, при его взаимодействии с соляной кислотой образуется относительно чистый хлор. Именно поэтому трихлоризоциануровая кислота — отличный антисептик. Она медленно растворяется в воде и медленно распадается, выделяя хлор, который обеззараживает воду и отбеливает. Поэтому ее используют как антисептик в бассейнах, для очистки сточных вод и отбеливания в текстильной промышленности. Исследователи считают ее нетоксичной и безопасной. Во всяком случае на фоне ртути и цианидов это, безусловно, так и есть.

Теперь у трихлоризоциануровой кислоты, кажется, появилась новая работа — потрудиться на извлечении золота из электронных отходов. Технология выглядит так. Берем электронный лом, измельчаем, обрабатываем смесью трихлоризоциануровой кислоты и соленой воды. Золото, а также медь и некоторые другие металлы переходят в раствор. К этому раствору добавляем специальный полимер, содержащий серу (ноу-хау), который избирательно выхватывает из раствора золото.

Получается твердое вещество, которое легко отделить фильтрованием. Теперь надо нагреть его, чтобы полимер распался на мономеры и выделилось чистое золото. А затем смесь мономеров можно облучить ультрафиалетом, и они вновь соберутся в полимер. Точно так же можно вернуть в цикл и отработанную кислоту и воду.

Исследователи испробовали свою технологию на измельченных электронных отходах, включая процессорные блоки и карты оперативной памяти из старых компьютеров. Этот «мусор» содержит 200–900 миллиграммов золота на килограмм лома. Между прочим больше, чем содержится в рудах. Команда выделила 3,9 грамма золота из 30 граммов концентрированного порошка электронного лома. На мой взгляд, это фантастический результат.

Конечно, исследователи попробовали поработать и с рудой, содержащей золото. И здесь тоже успех. Новая бесцианидная технология позволила извлечь не меньше золота, чем цианидная. Сейчас химики и инженеры, создатели технологии, вплотную работают с золотодобытчиками.

Отличное решение для экономики замкнутого цикла. Осталось дело за малым — организовать централизованный сбор электронных отходов. А это задача другого рода, химикам и инженерам недоступная.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Принято считать, что все натуральное — это безусловное благо, никакого вреда от натурального, природного быть не может, потому что оно экологично по определению. Но так ли это? Давайте рассмотрим ситуацию с «натуральным» на примере эфирных масел, которые используют в ароматерапии.

Врачевание ароматными маслами практиковали еще в Древнем Египте, Индии и Китае. Традиции сохранились по сей день. И, как утверждают пользователи ароматерапии, она работает.

Запахи, несомненно, через обонятельные рецепторы действуют на наш мозг — будоражат воспоминания, вызывают положительные или отрицательные эмоции. Например, запах апельсина ассоциируется у большинства людей с приятными воспоминаниями, поэтому он, как правило, поднимает настроение. А там, где хорошее настроение, там и самочувствие лучше.

За прошедшие тысячелетия опытным путем установлено, что, например, запах лаванды успокаивает, мандарина — возбуждает, эвкалипта — облегчает симптомы простуды, а розмарина — повышает концентрацию внимания.

Правда, провести стандартные контролируемые клинические исследования, доказывающие действенность эфирных масел, крайне сложно, потому что это ароматные вещества. В самом деле, как сделать так, чтобы ни участники эксперимента, ни исследователи не знали, кто получает активное вещество, а кто — плацебо? Ведь активное вещество легко выдает себя ярким запахом. Так что стандартный протокол неосуществим. Поэтому, как и тысячи лет назад, пациенты верят эмпирическому опыту и рекомендациям врачей.

Тем не менее интересные результаты исследований все же появляются. Например, ученые из Рурского университета в Бохуме, Германия, смогли показать в эксперименте, что синтетический ароматизатор сандалор, пахнущий как сандаловое дерево, заживляет раны, действуя через обонятельный рецептор OR2AT4:

Сандалор

В небольших исследованиях пациентов с деменцией масло лаванды успокаивало, нормализовало сон и облегчало проблемы с общением. А масло перечной мяты однозначно снимало головные боли, вызванные напряжением.

Так что у аромотерапии есть потенциал, просто нужно продолжать фундаментальные и клинические исследования, создавая для них новые методики. А вот с экологичностью все намного хуже.

Есть разные способы извлечения ароматных масел из растений. Это можно делать дистилляцией, обрабатывая растения горячим паром. Можно экстрагировать масла с помощью спирта, когда речь идет о таком деликатном сырье, как цветки растений, а можно, если речь идет о цитрусовых, просто отжимать цедру, а потом полученную жидкость центрифугировать, чтобы отделить масло от воды.

Всё перечисленное требует огромного количества сырья — и потому проблема. Например, чтобы получить литр розового масло, надо переработать 5 тонн лепестков розы! Чтобы вырастить такое количество роз, требуется много земли и воды. А вода сегодня — это дефицитнейший ресурс № 1.

Второй комплекс проблем — утилизация остатков эфирных масел. Казалось бы, а здесь-то в чем проблема? Это же природный продукт! Однако в природе, в растениях нет такой высокой концентрации ароматных веществ, как в эфирных маслах, приготовленных человеком. А это значит, что ароматические масла плохо поддаются биологическому разложению и могут быть токсичны для обитателей водоемов. Значит, эфирные масла необходимо утилизировать так же, как и лекарства, а не сливать в канализацию.

Как видите, натуральное и экологичное не всегда синонимы.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

В жаркий летний денек самое время поговорить о прохладе, которую можно найти в тени деревьев. Давайте проведем мысленный эксперимент. Представьте, что вы находитесь в одном из южных городов нашей страны, скажем, в Новороссийске, Краснодаре или Туапсе. Стоит жара, за тридцать. Хочется прохлады. Перед вами четыре дерева — клен, акация, липа и платан. Все с одинаково пышными кронами. Под каким из этих деревьев стоит искать прохладу?

«Да под любым! — скажете вы. — Каждая крона дает тень, а это уже благо в адскую жару». Так-то оно так, но есть нюанс, как принято сейчас говорить. Если в данной ситуации применить научный подход, то выбор должен упасть на платан. И не только потому, что у него мощная крона.

На юге это величественное и красивое дерево называют еще чинаром или чинарой. А еще — бесстыдницей, потому что его кора отслаивается тонкими пластинками, облезает, и обнажается гладкая древесина, напоминающая женское тело. Правда, ствол становится пятнистым.

Живут платаны очень долго. Говорят, что самый крупный и самый древний из них растет сегодня в Турции, в долине Босфора. Высота его 50 метров — это как 17-этажный дом, окружность ствола 42 метра, то есть основание ствола стоит на 140 м² земли, а его возраст — более 2300 лет. Невероятно!

У нас в России тоже есть платаны-старейшины. Например — под Севастополем, в селе Терновка, растет царь-дерево — «Платан Палласа». Так назвали его местные жители в честь немецкого ученого-энциклопедиста и академика Петра Палласа, который прославился в конце XVIII века своими научными экспедициями по Сибири и Югу России. Бытует легенда, что дерево посадил именно он.

Сегодня платан Палласа имеет почти 7 метров в обхвате. Его высота более 28 метров, то есть с 9-этажный дом. А возраст более 250 лет. А еще у нас есть знаменитый Пушкинский платан в Гурзуфе высотой 30 метров. Его посадили в 1838 году в годовщину смерти А.С. Пушкина. Сегодня это охраняемый памятник природы и место притяжения для туристов.

Так почему же надо выбирать платан, чтобы укрыться от жары? Ответ на этот вопрос дает недавнее исследование биологов, которые изучали, как ведет себя это царь-дерево в экстремальных условиях.

Здесь надо вспомнить, что вообще деревья не только дают тень, прохладную саму по себе. Они также теряют воду через устьица в листьях. Она-то при испарении и охлаждает окружающий воздух. Дело в том, что испарение воды — процесс эндотермический, то есть идет с поглощением тепла. Поэтому испарение воды охлаждает воздух, забирая из него энергию.

Вы, наверное, замечали, что летом на юге на верандах многих кафе специальные устройства распрыскивают из-под навеса воду, чтобы посетителям было комфортно. Впрочем, сейчас такой способ охлаждения используют и в средней полосе — жарко везде. Эту систему называют «Охлаждение туманом». Она работает по принципу адиабатического испарения воды.

Насос накачивает воду в трубу высокого давления, на которой установлены форсунки с диаметром отверстия в доли миллиметра. Вода продавливается через крошечные форсунки и на выходе разбивается в мелкую водяную пыль. Получается туман, который почти мгновенно испаряется в теплом сухом воздухе и быстро снижает температуру окружающей среды.

Понятно, что степень охлаждения зависит от температуры воздуха и относительной влажности. Например, если температура воздуха 30°C и относительная влажности 45%, воздух можно охладить туманом до 24°C, а если температура 30°C и влажность 15% — охладить улицу можно до 18°C.

Но давайте вернемся к природным кондиционерам — деревьям. На самом деле, они тоже охлаждают себя и воздух испаряющейся водой. Однако, если становится слишком жарко — при температуре воздуха больше 30–35°С, — деревья закрывают свои поры, чтобы не потерять слишком много воды и не умереть от жажды. Так что в сильную жару работает только тень дерева. Никакого дополнительного охлаждения за счет испарения воды с листьев оно не дает.

Так думали ученые до недавних пор, пока не исследовали, как ведет себя платан в городе в экстремальную жару. Ученые из Швейцарского федерального института леса, снега и ландшафта (WSL) в Лозанне, Швейцария, установили датчики на восьми платанах, растущих в Женеве. Датчики измеряли движение соков в стволах деревьев, испарение воды, температуру в кронах и на тротуаре в тени под деревьями (Urban Forestry and Urban Greening).

Исследование проводили с мая по октябрь 2023 года, когда были как минимум две волны экстремальной жары до 39°С. Согласно общепринятым представлениям, в жару устьица на листьях исследуемых платанов должны были бы закрыться. Но измерения неожиданно показали, что даже при зашкаливающей температуре все исследуемые платаны все еще испаряли воду. Более того, с повышением температуры соки двигались активнее, испарение шло интенсивнее. В результате температура в кронах деревьев была заметно ниже, чем в воздухе. А на земле под платаном, в его тени, она была меньше на несколько градусов.

Вообще, платаны считаются гидростабильными деревьями, то есть они закрывают свои поры во время засухи, чтобы защитить себя от потери воды. И тем не менее в эксперименте они продолжали испарять воду через устьица во время сильной жары и при этом нисколько не пострадали, не умерли от жажды. Получается, что платаны при определенных обстоятельствах исключение из правил?

Что же это за обстоятельства? Исследователи предположили, что у экспериментальных платанов было достаточно воды под корнями. То есть они были надежно обеспечены влагой, знали это и потому смело испаряли воду из листьев, чтобы себя охладить. Им тоже жара ни к чему.

Так и оказалось. Действительно, под платанами довольно близко располагались подповерхностные грунтовые воды. Значит ли это, что там, где вода от корней далеко, платаны в жару закрывают поры на листьях и не испаряют воду? Пока неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи планируют поставить соответствующие эксперименты. Заодно изучить транспирацию и у других видов растений. Вдруг и они в сильную жару работают испарителями-охладителями, если у них под корнями достаточно воды?

Так что с рекомендацией всегда выбирать платан для спасения от жары я, похоже, погорячилась. Возможно, и другие деревья, заведомо обеспеченные водой, не закрывают свои устьица в листьях. Посмотрим, что покажут дальнейшие исследования.

…с появлением искусственного интеллекта ситуация в мире стала столь непредсказуемой, что целью образования должно стать не исполнение стандартных тестов, а воспитание коллективизма, человеколюбия и развитие творческих способностей (ECNU Review of Education)…

…киты-косатки, подобно дворовым котам, предлагают людям пойманную добычу и делают это для установления дружеских связей (Journal of Comparative Psychology)…

…искусственный интеллект можно запрограммировать так, что он станет сознательно распространять среди пользователей Сети лживую информацию, например, о здравоохранении (Annals of Internal Medicine)…

…живущий в кишечнике микроорганизм Lactobacillus helveticus синтезирует предшественника мелатонина, а сделанный из этой бактерии пробиотик неплохо улучшает сон у страдающих от бессонницы мышей и людей (Engineering)…

…генно-модифицированный вирус герпеса полностью избавил от меланомы каждого шестого участника клинических испытаний (Journal of Clinical Oncology)…

…почвенные вирусы способны ускорять как выделение углекислого газа из почвы, так и его захоронение (Pedosphere)…

…создана нейронная сеть, способная проверить, действительно ли происходили описанные в тексте события (Frontiers of Computer Science)…

…если светоотражающей пленкой на основе полилактата обернуть здание, то его температура упадет на 5 градусов без какого-нибудь расхода энергии на охлаждение (Cell Reports Physical Science)…

…65% нынешних учеников начальных классов освоят рабочие специальности, которые сейчас отсутствуют, а половина ныне имеющихся специальностей исчезнет в течение 20 лет (Human Resource Development Review)…

…из-за потепления океана фитопланктон мигрирует в высокие широты: приполярные воды зеленеют, а тропические — голубеют (Science)…

…синдром Паркинсона даже на ранних стадиях можно с вероятностью 98% распознать по запаху, который идет от ушной серы (Analytical Chemistry)…

…созданы дрожжи, которые превращают мочу человека в ценный минерал гидроксиапатит, пригодный для выращивания протезов костей (Nature Communications)…

…фосфаты в пище, а их добавляют как консерванты и усилители вкуса, могут повышать артериальное давление (Circulation)…

…потребление черного кофе снижает риск смерти от любых причин на 14%, чего не скажешь о сладком кофе со сливками (The Journal of Nutrition)…

…землеподобные планеты чаще всего встречаются у легких звезд, масса которых в шесть и более раз меньше, чем у Солнца (Astronomy & Astrophysics)…

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Глобальное потепление, вызванное парниковым эффектом, по-прежнему тревожит общество и побуждает ученых заниматься всесторонними исследованиями парниковых процессов, тем более что эти исследования гарантированно оплачивают различные фонды.

Известно, что закись азота (N₂O) повреждает озоновый слой атмосферы и вносит свой солидный вклад в парниковый эффект: N₂O действует примерно в 300 раз сильнее, чем CO₂, и после выброса остается в атмосфере значительно дольше — около 150 лет. Аммиак (NH₃) тоже вызывает парниковый эффект, но его молекулы менее стабильны в атмосфере.

Откуда берутся закись азота и аммиак в атмосфере? Ученые считают, что крупнейший их источник — это глобальное сельское хозяйство. Значительная часть этих выбросов, около четверти, происходит на пастбищах. Животные на выпасе обильно орошают землю продуктами жизнедеятельности, а почвенные бактерии разлагают азотистый навоз и мочу жвачных животных с образованием аммиака, нитратов, нитритов и закиси азота.

Запретить животным испражняться невозможно, поэтому и проблема кажется нерешаемой. Но решать надо. И вот сотрудники Исследовательского института биологии домашнего скота (FBN) в Думмерсторфе предлагают добавлять в корм крупного рогатого скота ивовую листву. Разумеется, эту идею ученые проверили во множестве экспериментов — добавляли листья ивы в корм крупного рогатого скота.

Из предыдущих исследований известно, что растительные компоненты этих листьев, называемые дубильными веществами, изменяют азотный метаболизм животных. Однако листья ивы содержат не только дубильные вещества, но еще и салицилаты, такие как салицин, тремулацин и саликортин — предшественники обезболивающей салициловой кислоты. Как они влияют на выделение азотистых веществ?

Ученые провели серию экспериментов с участием восьми телят. Их кормили листьями ивы и крахмалистыми кормами в дополнение к траве, которую животные щипали на пастбище (сено люцерны не давали). Оказалось, что в моче животных содержалось значительно меньше мочевины, а вот гиппуровой кислоты стало больше. Ученые предполагают, что салицилаты в моче крупного рогатого скота ингибируют бактериальное превращение мочевины и гиппуровой кислоты в аммиак. А гиппуровая кислота, в свою очередь, подавляет активность почвенных бактерий, которые превращают азотистые соединения в закись азота.

И вот результат. В образцах мочи крупного рогатого скота, смешанных с почвой, содержалось на 14% меньше аммиака и на 81% меньше закиси азота, чем в образцах, взятых у контрольной группы, которую кормили без ивовой листвы. Да еще и приятный бонус нашелся — экспериментальная группа животных выделяла на 8% меньше мощного парникового газа метана (CH₄).

Может быть, ивовые листья вредны животным и замедляют их рост? Ничего такого неприятного исследователи не обнаружили. Что же касается пастбищ, то исследователи обратили внимание, что структура почвы незначительно, но улучшилась, усилилась гумификация и уменьшилось образование нитратов на пастбищах.

Ученые сделали вывод, что листья ивы в качестве кормовой добавки могут заметно снижать выбросы азота от животноводства, сохраняя при этом почву в безопасности и не нанося вреда пасущимся животным (Agriculture, Ecosystems & Environment).

Но ведь ива не единственное растение, листва которого содержит салицилаты. Есть, к примеру, тополь. Можно ли его листву использовать в качестве кормовой добавки? Исследованием именно этого вопроса сейчас занимаются немецкие ученые. И если ответ будет положительным, то на пастбищах начнут выращивать быстрорастущие виды тополя. Это позволит сокращать выбросы азота естественным способом.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Все наши читатели знают, что такое диоксины, или слышали о них. Диоксинами называют полихлорпроизводные дибензодиоксина. Эти долгоживущие вещества, способные накапливаться в природе, очень ядовиты. Один из наиболее токсичных, в каком-то смысле даже эталон, — это 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин (2,3,7,8-ТХДД, или TCDD):

Все ядовитые вещества химики и экологи стараются держать под контролем и нормировать их содержание в окружающей среде, иначе — беда. В 1976 году такая беда случилась в Италии на химическом заводе компании «Живодан» в городе Меда в Ломбардии. Здесь производили ароматику, в том числе 2,4,5-трихлорфенол, который шел на производство бактерицида гексахлорофена. Побочным продуктом этого процесса, особенно при повышенных температурах, был 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин, тот самый TCDD (см. формулу выше). И вот произошла утечка этого вещества.

Токсичное облако в виде тумана накрыло в основном город Севезо. Спустя несколько дней жители загрязненных территорий начали жаловаться на симптомы химического отравления. Жителей пришлось эвакуировать. Непосредственно после аварии никто не погиб, но в дальнейшем здравоохранение зафиксировало всплеск онкологических заболеваний.

Вот почему крайне важно выявлять и держать под контролем все источники опасных диоксинов — и природные, и рукотворные. Известно, что диоксины образуются в процессе горения. А есть ли другие источники?

Исследователи из Чжэцзянского университета в Ханчжоу (Китай) изучили, как ведут себя в атмосфере летучие хлорорганические соединения (CVOC), такие как монохлорбензол, дихлорметан и перхлорэтилен. Эти вещества широко используют в промышленности и сельском хозяйстве. Встречаются они и в бытовой химии, например в красках и лаках, чистящих средствах и морилках. Через эти продукты, а также через свалки и мусоросжигательные заводы CVOC попадают в окружающую среду. Что с ними там происходит? Превращаются ли они в другие химические вещества в результате естественных процессов? Ученые решили получить ответы на эти вопросы.

Я уже сказала, что диоксины и дибензофураны могут образоваться при горении органики, даже древесины. Вот китайские ученые и решили проверить, существуют ли в атмосфере условия, которые допускают эти реакции. Ученые предположили, что катализаторами таких процессов могут служить оксиды железа и алюминия в атмосфере, а источником энергии — солнечная радиация.

Исследователи проверили эту гипотезу в лабораторных экспериментах и полевых испытаниях и пришли к выводу, что хлорированные органические вещества могут превращаться в атмосфере в токсичные диоксины. Этот фотохимический процесс протекает при каталитическом содействии частиц оксида железа (α-Fe₂O₃) и алюминия (γ-Al₂O₃), содержащихся в пыли и взвешенных частицах в атмосфере. При этом сначала образуются фенолы, которые впоследствии хлорируются (Angewandte Chemie International Edition).

Кроме того, дальнейшие испытания показали, что пыль оксида железа, загрязненная диоксинами, повреждает легочную и мозговую ткань мышей.

Вот так китайские исследователи обнаружили еще один источник опасных диоксинов, о котором до сих пор не подозревали. Видимо, в свете новых открывшихся обстоятельств придется пересматривать оценку рисков, связанных с диоксинами.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Солнце — самая близкая к нам и самая изученная звезда. А между тем мы многого не знаем, например, как выглядят полюса Солнца. Не знаем потому, что Земля и почти все космические аппараты вращаются вокруг Солнца в экваториальной плоскости. Поэтому любое изображение Солнца сделано именно с этого ракурса.

Солнце играет ключевую роль в земной жизни. Наша звезда производит примерно 3,8·10²⁶ ватт энергии каждую секунду. До Земли доходит всего около одной двухмиллиардной части этой энергии. Но и ее достаточно, чтобы поддерживать жизнь на Земле. Вот почему нам важно понимать, как Солнце работает, и предсказывать его поведение.

И здесь очень важны полюса Солнца. Они отвечают за формирование магнитных полей и потоков солнечной плазмы. До сих пор астрофизики занимаются моделированием роли полюсов в солнечных процессах, потому что у них не было возможности увидеть солнечные полюса.

Чтобы изменить ситуацию, Европейское космическое агентство ЕКА в феврале 2020 года отправило к Солнцу солнечный зонд Solar Orbiter. К началу 2021 года он приблизился к звезде и стал плавно переходить на эллиптические орбиты, все более и более наклоненные к полюсу.

16 марта 2025 года Solar Orbiter впервые вышел на такую траекторию наклона, которая позволила ему впервые увидеть южный полюс Солнца. А 23 марта солнечный орбитальный аппарат достиг максимального угла наблюдения в 17°. Первые снимки и данные этой наблюдательной кампании, полученные с помощью спектрографов и сканеров, уже опубликованы ЕКА.

И вот первое открытие — магнитное поле Солнца на южном полюсе в настоящее время пребывает в хаосе. Если силовые линии магнитного поля Земли упорядочены и проходят от одного полюса к другому с одинаковой полярностью, на южном полюсе Солнца ничего такого нет. Приборы показали, что там магнитные поля обоих полюсов беспорядочно перемешаны.

Это связано с сиюминутной фазой солнечного цикла. Сейчас Солнце находится на максимуме активности в своем очередном 11-летнем цикле. В течение такого цикла полосы самой сильной полярности и интенсивности магнитного поля, простирающиеся вокруг Солнца, постепенно перемещаются от солнечного экватора к полюсам. Когда солнечный максимум достигнут, магнитное поле ослабевает, и на полюсах происходят первые локальные изменения полярности, пока затем всё магнитное поле не «перевернется» и не восстановится заново. Смена полярности на Солнце происходит в каждом 11-летнем цикле.

Солнечное магнитное поле в настоящее время находится в фазе слабости и хаоса, типичной для солнечного максимума. В течение следующих нескольких месяцев астрономы будут наблюдать, как солнечное магнитное поле будет восстанавливаться. Затем, через пять-шесть лет, когда Солнце окажется в минимуме активности, оно достигнет своей наибольшей силы.

С помощью спектрографа SPICE, который измеряет спектральные линии химических элементов (водород, углерод, кислород, неон и магний) на Солнце, удалось визуализировать, как сгустки солнечной плазмы движутся вблизи полюса. Такие данные среди прочего приподнимут завесу тайны над тем, где и как образуется солнечный ветер (European Space Agency).

Солнечный орбитальный аппарат будет оставаться на наклонной орбите до 2026 года. Затем он еще раз обогнет Венеру и увеличит угол наклона своей орбиты до 24°.

А с 10 июня 2029 года космический корабль должен достичь максимальной высоты в 33° над эклиптикой. И все это время он будет присылать данные на Землю. Ученые из Университета Париж-Сакле полагают, что это произведет революцию в физике Солнца.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Два года назад на Землю прилетела «посылка» — капсула с образцом грунта с астероида, или планетоида, Бенну. Этот астероид размером 500 м в поперечнике и возрастом около 2 миллиардов лет открыли 11 сентября 1999 года в обсерватории Аресибо. Осенью 2016 года НАСА отправило к нему межпланетную станцию OSIRIS-REx. В 2018-м она вышла на орбиту вокруг астероида и в течение двух лет на расстоянии изучала планету. А еще через два года, в 2020-м, станция вплотную приблизилась к Бенну, выдвинула роботизированную руку, которая зачерпнула грунт с поверхности планетоида. Причем без особого сопротивления — грунт, содержащий пыль и более крупные фрагменты, оказался рыхлым. Видимо, гравитации было недостаточно, чтобы покрепче связать частицы между собой.

Еще через два года станция отправилась к Земле. В сентябре 2023-го капсула с грунтом приземлилась в пустыне американского штата Юта, неподалеку от Солт-Лейк-Сити. В общей сложности за семь лет аппарат проделал путь длиной 6,2 миллиарда км.

Капсулу вскрыли со всеми предосторожностями и нашли в ней почти 122 грамма вещества — больше, чем ожидали эксперты НАСА, и значительно больше, чем 5,4 грамма, которые японский зонд принес с околоземного планетоида 162173 Рюгу в 2020 году.

В исследовании образцов участвовала большая международная команда исследователей из более чем 40 лабораторий и научных центров. Исследователи предполагали, что в грунте Бенну содержатся органические вещества, прежде всего углеводороды. И теперь это можно было проверить.

Вообще, органика в космосе совсем не редкость. По состоянию на февраль 2025 года в список веществ, найденных в межзвездных облаках, входит около 330 различных молекул, и их число постоянно увеличивается. Солнечная система не исключение. Мы уже рассказывали о том, как в 2016 году европейский космический корабль Rosetta обнаружил на комете 67P/Чурюмова — Герасименко молекулу глицина, простейшую из всех аминокислот.

Но в этом смысле астероид Бенну оказался особенным. Как выяснили в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, Бенну содержит рекордное количество углерода по сравнению с образцами из Рюгу и с большинством метеоритов — 4,5% по весу. А это основа органики.

Еще один необычный результат — высокое содержание аммиака в породе Бенну, который заметно обогащен тяжелым изотопом N-15. Аммиак — это важный химический предшественник для образования пребиотических органических соединений, тех же аминокислот. Их тоже нашли в грунте Бенну — 14 аминокислот из 20, из которых складываются белки живых организмов на Земле. Шесть отсутствуют, в том числе глютамин и цистеин.

Правда, это может быть следствием некорректной экстракции веществ из грунта Бенну горячей водой (100°С). Дело в том, что обе эти аминокислоты разлагаются при нагревании. Впрочем, ни одну из этих шести аминокислот ни разу не находили и в других метеоритах. Скорее всего, полагают ученые, эти аминокислоты природа включила в биологические белки на более поздней стадии химической эволюции — возможно, только после зарождения жизни.

Исследователи нашли на Бенну множество химических строительных блоков для жизни. Это не только 16 аминокислот, это еще и все нуклеотиды для конструирования ДНК и РНК (аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил), последовательность которых кодирует наследственную информацию. Эти молекулярные строительные блоки возникли еще 4,5 миллиарда лет назад и, возможно, были важным источником «живого» органического вещества на молодой Земле.

А что же вода? Она ведь тоже необходима для развития жизни. И воду, точнее ее следы, нашли на Бенну. Судя по всему, в былые времена ее там было в достатке.

Астрономы считают, что небольшой астероид Бенну — это кусок, который откололся от большого предшественника в результате какого-то столкновения. На этом предшественнике, который возник за пределами Юпитера, были все предпосылки для образования жизни.

Как видите, химические строительные блоки жизни были широко распространены и путешествовали по всей Солнечной системе, в которой жизнь могла зародиться в любом уголке. Так что поиски жизни во Вселенной — не такая уж глупая и безнадежная затея.

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Воздушный полог нашей планеты — не такое уж и спокойное местечко, точнее даже очень беспокойное. На Земле каждые три секунды взлетает или приземляется самолет. Одномоментно в воздухе находится от 11 тысяч до 16 тысяч воздушных судов, это зависит от сезона. Одним словом — оживленное движение во все стороны происходит над нашими головами на высоте 6–10 км.

Защитникам окружающей среды это не нравится, поскольку каждый самолет, сжигая в своем чреве керосин, выделяет углекислый газ, известный своей способностью вызывать парниковый эффект. Добавлять всякие нелицеприятные эпитеты типа «отвратительный» к парниковому эффекту не буду, поскольку благодаря именно ему на Земле появилась жизнь. Не будь его, на Земле было бы очень холодно, и жесткий ультрафиолет выжигал бы все малейшие попытки природы сформировать биосферу. Да и сырья для фотосинтеза не было бы.

Тем не менее лишний углекислый газ в атмосфере ни к чему, во всем нужна мера. Поэтому крайне желательно, чтобы самолеты не оставляли после себя в атмосфере парниковый газ. Возможно ли это? Возможно, если самолеты, подобно электромобилям и электробусам, перейдут на электрическую тягу.

Казалось бы, какие здесь проблемы? Ведь авто уже давно ездят на литиевых аккумуляторах. Дело в том, что литий-ионные аккумуляторы слишком тяжелые для самолетов. Плотность хранения энергии в них невелика — 300 ватт-часов на килограмм веса батареи. Этого слишком мало, для самолета нужно от 1000 Вт·ч/кг и больше.

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT, США), кажется, нашли решение — разработали топливный элемент, работающий на жидком металлическом натрии. В каком-то смысле это гибрид батареи и топливного бака, потому что натрий расходуется во время перелета, как бензин в баке, и его на земле надо восполнить, то есть залить новую порцию жидкого металла. Никакой зарядки, а обычная заправка.

Топливный элемент на натрии работает так. Представьте себе U-образную трубку, одно колено которой заполнено жидким металлом, а другое — воздухом. На границе раздела, где металл контактирует с воздухом, размещена пористая керамическая мембрана, которая играет роль твердого электролита. (Joule)

Все мы помним школьный опыт, который нам показывали на уроке химии: учитель бросал кусочек натрия в воду, и тот загорался, бешено носился по воде и иногда даже взрывался. Было очень хорошо видно, сколь много энергии выделяется при взаимодействии натрия с водой. В новом топливном элементе, по сути, происходит то же самое: натрий взаимодействует с кислородом и влагой воздуха (правда, не столь бурно), окисляется и превращается в оксид натрия. Энергия, которая выделяется в результате этой реакции, преобразуется в электричество и питает электродвигатель.

Как видите, никаких парниковых газов топливный элемент не выделяет. Более того, он их поглощает. Дело в том, что образовавшийся оксид натрия взаимодействует с влагой и СО₂, которые содержатся в воздухе, и превращается в бикарбонат натрия NaНCO₃. Да, вы не ошиблись, в пищевую соду. И этот образовавшийся отход можно смело выбрасывать в океан, где он совершенно органичен. Летит такой самолет, а из его выхлопных труб вылетает пищевая сода, растворенная в воде.

После рейса кассету с топливным элементом, в котором жидкого натрия уже нет — он израсходовался, заменяют новой, заполненной.

Решение выглядит оригинальным и как будто бы экономически целесообразным. Все мы знаем об ограниченности запасов лития на Земле — содержание лития в земной коре составляет 6,5·10^–3% по массе, а дефицит всегда ведет к росту цены. А вот с натрием нет проблем — его залежи в морской воде бесконечны, да и месторождений каменной соли изрядно. Содержание натрия в земной коре 2,27% по массе, то есть в несколько тысяч раз больше, чем лития. К тому же отработавший натрий возвращается в океан.

Но возникает дугой вопрос. На той высоте, где летают самолеты, влажность воздуха очень маленькая, меньше, чем в Сахаре (20% против 25%). Как же натрий будет взаимодействовать с таким сухим воздухом? Наверное, разработчики знают ответ.

Думаю, надо дождаться «полевых испытаний». Во всяком случае исследователи верят в успех. Иначе они не создавали бы компанию Propel Aero, которая собралась сделать топливный элемент размером примерно с кирпич, чтобы приводить в действие большой сельскохозяйственный дрон. Посмотрим. Даже интересно.