O nível do Oceano Índico está subindo…


[ Traduzido de: Indian Ocean Sea-Level Rise Threatens Coastal Areas ]

A elevação é particularmente maior ao longo das áreas costeiras do Golfo de Bengala e do Mar da Arábia, assim como no Sri Lanka, Sumatra e Java

Image of earth showing sea levels which are rising unevenly,
threatening coastal areas and islands.

O nível das águas do Oceano Índico está subindo de maneira desigual e ameaçando áreas costeiras e ilhas.
Crédito e imagem ampliada

14 de julho de 2010

Um novo estudo conclui que o nivel das águas do Oceano Índico está subindo de maneira desigual e ameaçando os moradores de áreas costeiras e ilhas densamente povoadas.

O estudo, conduzido por cientistas da Universidade do Colorado em Boulder e do Cento Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for
Atmospheric Research = NCAR) em Boulder, Colorado, descobriu que a elevação no nivel do mar é, pelo menos em parte, um resultado de mudanças climáticas.

A elevação do nivel dos mares é particularmente maior ao longo das áreas costeiras do Golfo de Bengala e no Mar da Arábia, assim como em torno das ilhas de Sri Lanka, Sumatra e Java, segundo os autores.

Essa elevação – que pode agravar as inundações causadas pelas Monções em Bangladesh e na India – podem ter impactos subsequentes tanto no clima regional, como no global.

O principal agente nesse processo é a bacia de aquecimento Indo-Pacífica, uma enorme área com o formato de uma banheira, que se estende por uma enorme parte dos oceanos tropicais da costa Leste da África até a Linha Internacional da Data no Pacífico.

A bacia de aquecimento sofreu um aumento de temperatura da ordem de 0,5 grau Celsius nos últimos 50 anos, principalmente por causa da geração de gases de efeito estufa pela atividade humana.

“Os resultados por nós obtidos neste estudo, implicam que, se os efeitos do aquecimento antropogênico na bacia de aquecimento Indo-Pacífica predominarem sobre a variação natural, ilhas oceânicas tais como o Arquipélago Mascarenhas, as costas da Indonésia, Sumatra e o Oceano Índico Setentrional vão sofrer uma elevação dos niveis das águas dos mares maior do que a média global”, afirma o cientista Weiqing Han da Universidade do Colorado e autor principal de um artigo publicado na edição desta semana de Nature Geoscience.

Enquanto que várias áreas da região do Oceano Índico estejam passando por uma elevação do nivel das águas do mar, essas mesmas águas estão baixando em outras áreas. O estudo indica que os mares nas Ilhas Seychelles e em Zanzibar, ao largo da costa da Tanzania tem a maior queda no nivel dos mares.

“Os padrões globais dos niveis dos mares não são geograficamente uniformes”, explica o cientista Gerald Meehl da NACAR, co-autor do artigo. “A elevação do nivel do mar em algumas áreas guarda correlação com a queda do nivel em outras áreas”.

As verbas para essa pesquisa vieram da Fundação Nacional de Ciências (NSF), patrocinadora da NCAR, assim como do Departamento de Energia e da NASA.

Segundo Eric Itsweire, diretor do programa de oceanogafia física da NSF, “Esse trabalho é um passo à frente na direção da obtenção de melhores estimativas nas mudanças dos niveis das águas dos mares em uma das regiões mais populosas do mundo. A quantificação do equilíbrio entre aquecimento e águas, assim como das mudanças em larga escala das circulações atmosféricas, na bacia de aquecimento Indo-Pacífica, através do uso de observações e modelos numéricos, é algo crucial para a compreensão das sutis mudanças nos niveis dos mares que acontecem nessa região”.

Os padrões de mudanças nos niveis das águas dos mares são ditadas por dois padrões primários de ventos atmosféricos, conhecidos como a Circulação (ou Célula) de Hadley e a Célula de Walker.

A Célula de Hadley sobre o Oceano Índico é dominada pelas correntes de ar que se formam sobre águas tropicais altamente aquecidas, próximas da linha do Equador, e que seguem na direção dos polos em grandes altitudes, de onde mergulham para o oceano na região sub-tropical, fazendo com que o ar flua de volta ao Equador.

A Célula de Walker do Oceano Índico faz com que o ar suba e flua na direção do Oeste nas grandes altitudes, mergulhe para a superfície e flua na direção Leste, no sentido da bacia de aquecimento Indo-Pacífica.

“A intensificação combinada das Células de Hadley e de Walker formam um distinto padrão de ventos de superfície que ditam padrões específicos dos níveis dos mares”, afirma Han.

Em seu artigo, os autores afirmam que “nossos novos reultados demonstram que mudanças nas circulações atmosféricas e oceânicas, causadas pela ação humana, sobre a região do Oceano Índico – que não haviam sido anteriormente estudadas – são a causa principal da variabilidade regional dos niveis dos mares”.

Map of earth showing the Indo-Pacific warm pool.

A bacia de aquecimento Indo-Pacífica se estende por quase metade do globo.
Crédito e imagem ampliada

O estudo indica que, para antecipar mudanças em escala global nos niveis dos mares, os pesquisadores tambem precisam conhecer os detalhes específicos das mudanças regionais nos niveis dos mares.

“É importante que compreendamos as mudanças regionais nos niveis dos mares que terão efeitos sobre as regiões costeiras e insulares”, afirma o cientista da NCAR Aixue Hu.

A equipe de pesquisadores se valeu de vários modelos sofisticados de oceanos e climas, inclusive o Parallel Ocean Program  – o componente oceânico do largamente empregado Community Climate System Model, financidado pela NCAR e pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE).

Alem disso, a equipe empregou um modelo oceânico ditado por ventos no referido estudo.

Han ainda especula que os complexos padrões de circulação no Oceano Índico podem também afetar os regimes de precipitações, forçando uma quantidade maior de ar atmosférico sobre a superfície das regiões sub-tropicais do Oceano Índico do que o normal.

“Isso pode favorecer um enfraquecimento da convecção atmosférica nos sub-tópicos, o que pode aumentar a precipitação de chuvas nas regiões tropicais ocidentais do Oceano Índico e causar secas na região equatorial oriental do Oceano Índico, inclusive a África Oriental”, diz Han.


Cientistas bisbilhotam a “conversa” entre bactérias

Traduzido de: Scientists Eavesdrop on Bacteria Conversation

A descoberta de como as bactérias se comunicam entre si pode levar a novos tipos de antibióticos e a meios de melhorar o desempenho das bactérias “amigas”

Photo showing a petri dish swabbed with a culture of bioluminiscent  marine bacteria.

No lado esquerdo desta Placa de Petri aparecem quatro moléculas de RNA que controlam o sentido de quorum dessas bactérias.
Créditos e imagem ampliada

30 de junho de 2010

Por Raima Larter, National Science Foundation, rlarter@nsf.gov

Bonnie Bassler passa seus dias escutando as bactérias conversando entre si e o que ela ouviu, pode lhe surpreender.

Acontece que esses minúsculos organismos unicelulares estão fazendo uma chamada. Cada conversa sussurada é uma tentativa de contar quantas delas de um mesmo gênero estão presentes, antes de tentarem montar um ataque contra o organismo hospedeito que pode muito bem ser o seu corpo.

Como Bassler explica, as bactérias “são pequenas demais para causar um impacto no ambiente se agirem como indivíduos isolados”. No entanto, o que elas não tem em tamanho, tem nos números. Enquanto nosso corpo contem cerca de um trilhão de nossas próprias células, nós tambem somos hospedeiros para 10 trilhões de células bacterianas que moram em nossa pele ou no interior de nossos órgãos.

Embora nem todas essas bactérias sejam nocivas para nós, algumas são invasoras que querem nos causar mal, e quando os números das bactérias – de cólera, por exemplo – aumentam até um nivel crítico, se cuide! – esse bate-papo pode se tornar em um ataque coordenado onde as bactérias de cólera começam a liberar toxinas a uma. 

As bactérias se comunicam por meio de uma linguagem química, liberando pequenas moléculas no meio circundante que podem ser detectadas por receptores na superfície das outras células bacterianas. Quando um nivel crítico de moléculas sinalizadoras é atingido, cada batéria isolada sabe que um número suficiente de suas amigas está por perto para entrar em ação. Esse processo é conhecido como sentido de quorum.

O trabalho de Bassler sobre a comunicação entre bactérias nasceu de seu interesse em saber como as informações fluem entre as células de nossos próprios corpos. “Se pudermos entender as regras ou paradigmas que governam o processo entre as bactérias”, argumenta ela, “o que aprendermos pode ser válido para organismos mais complexos”.

Muito embora o sentido de quorum seja usado por bactérias virulentas para infectar seus hospedeiros, ele tambem é usado por outros micróbios mais benignos para ações coordenadas. Um exemplo vívido ocorre dentro da Lula “de Cotoco” Havaiana (Hawaiian Bobtail Squid), que caça à noite usando uma luz produzida dentro de seu próprio corpo. Na verdade, a luz não é criada pela lula, mas por uma massa de microorganismos marinhos luminescentes, conhecidos como Vibrio fischeri, que a lula carrega consigo.

Cada bactéria V. fischeri produz sua própria luz, mas o brilho seria tão tênue que seria indetectável, de forma que o micróbio fecha seu maquinismo produtor de luz quando o número de bactérias presentes é pequeno. Dessa forma, ela pode armazenar suas moléculas geradoras de luz até que um número suficiente de irmãs esteja presente para produzir uma luz brilhante e bem visível.

A tripulação de bactérias luminescentes da lula cresce e se multiplica durante o dia dentro do corpo da lula, enviando, de vez em quando, sinais químicos para realizar um recenseamento. Com o cair da noite, a população atinge um nivel significativo para a produção de uma intensidade de luz visivel. Quando esse ponto é atingido, a população de bactérias V. fischeri  liga simultaneamente sua aparelhagem de iluminação e a lula brilhante sai para caçar.

Uma vez que micróbios virulentos, tais como a bactéria Vibrio cholerae que causa a doença chamada cólera, depende do sentido de quorum para coordenar seu ataque a nossos corpos, o trabalho de Bassler está ajudando os cientistas a projetarem novos tipos de antibióticos.

As novas drogas funcionariam bloqueando ou a liberação das moléculas de sinalização de quorum, ou desativando seus receptores – em outras palavras, tornando as bactérias surdas ou mudas. Assim, as bactérias jamais saberiam se o número delas presentes é o suficiente para começar a emissão de toxinas, de forma que a infexção é evitada.

Essa maneira de interferir na comunicação das bactérias, constituiria uma classe de antibióticos inteiramente nova, o que poderia particularmente bom para lidar com bactérias resistentes a antibióticos que surgiram ultimamente.

E, além de atrapalhar as bactérias nocivas como a V. cholerae, Bassler sugere que suas descobertas sobre o sentido de quorum podem ser úteis para melhorar o desempenho das boas bactérias existentes em nosso corpo, tais como aquela em nosso instestino que auxilia a digestão de alimentos. Ela acredita tambem que a compreensão dos mecanismos de comunicação das bactérias pode levar a uma compreensão mais profunda de como a vasta rede de células e nossos corpos trabalha como um todo integrado.

Nossas células usam um mecanismo de comunicação muito semelhante ao sentido de quorum. Algumas das células de nosso corpo liberam sinais químicos, tais como hormônios ou neurotransmissores, que são detectados por outros tipos de células através de um processo espantosamente semelhante ao das bactérias quorum-sensíveis. Essa comunicação química é, na verdade, usada por nossas células para se manterem organizadas – nós jamais vemos células cardíacas ficando confusas e agindo como células da pele ou dos rins, por exemplo.

E é aos mais humildes organismos – bactérias – a quem devemos agradecer por essa complexa sinfonuia de sinais químicos que mantem as células de nosso corpo oranizadas por local e função. Nosso corpo funciona como um todo integrado graças a um simples processo de comunicação química, desenvolvido há muito tempo por pequeninas criaturas por uma simples razão: contar “cabeças” e descobrir quantos amigos havia nas vizinhanças.


Macro-efeito quântico

[Traduzido de: Measuring the Intersection of Two Worlds ]

Como as surpreendentes leis da mecânica quântica podem afetar objetos comuns do dia-a-dia

Por Holly
Martin

Photo of researchers kneeling behind a dilution refrigerator
equipped for microwave measurements.

Alex Rimberg (esquerda) e Miles Blencowe publicam suas descobertas na Nature.
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30 de junho de 2010

Em um estudo publicado na edição de 1 de julho da Nature, pesquisadores de
Dartmouth descrevem um exemplo onde o mundo quântico microscópico influencia – até mesmo domina, dizem eles – o comportamento de algo no clássico mundo macroscópico.

“Uma das pricipais questões da física tem a ver com a conexão entre os mundos microscópico e macroscópico”, diz Alex Rimberg, professor associado de física no Dartmouth
College.

No mundo microscópico, pequenas partículas sub-atômicas, tais como fótons e elétrons, obedecem às leis, por vezes bizarras, da mecânica quântica. Enquanto isso, os objetos no mundo macroscópico, quase sempre algo visivel a olho nu, agem conforme as leis da física clássica, descobertas por Newton no século XVII.

Porem, pouco mais de 300 anos após Newton, Einstein provou que a luz é feita de pequenos “pacotes” de energia, chamados de “quanta”. Essa descoberta marcou o início da teoria quântica, embora tenha levado décadas de trabalho subsequente de várias grandes mentes científicas para finalmente estabelecer a moderna teoria da mecânica quântica.

Uma das leis mais estranhas da mecânica quântica é o Princípio de Incerteza, observado pela primeira vez pelo físico alemão e ganhador do Prêmio Nobel Werner Heisenberg em 1927. Heisenberg percebeu que quando se tenta localizar uma partícula rápida, tal como um elétron, é impossível estabelecer precisamente ao mesmo tempo sua posição e seu momento.

“Para realizar uma medição, uma experiência tem que interagir com seja o que for que esteja sendo medido”, explica Rimberg. “Porém essa interação afinal significa que se deve exercer alguma força sobre o que se está medindo. Se estivermos medindo a posição de um objeto, qualquer medição fará com que o objeto se mova de maneira aleatória e imprevisivel”. Essa tendência a afetar aleatoriamente o que se está medindo é chamada de “backaction” [NT: “backaction” é o termo que descreve, em inglês, o “coice” de uma arma de fogo. O termo técnico em português para isso é “recuo” que também não descreve adequadamente o fenômeno de uma “reação”, não necessariamente aquela prevista na mecânica clássica].

Einstein jamais conseguiu aceitar essa ideia – que o ato de medir modificasse o objeto sendo medido – por uma questão filosófica e a combateu até seu último alento. Mas atualmente se sabe que o Princípio da Incerteza é válido para todas as interações a nivel quântico.

O que ainda não se sabe é como os mundos quântico e clássico se relacionam. “O que realmente não compreendemos é como o comportamento clássico emerge do comportamento quântico à medida em que os sistemas se tornam cada vez maiores”, explica Rimberg. “Nós tambem não compreendemos verdadeiramente o quanto a mecânica quântica pode influenciar no mundo clássico onde vivemos”.

Tornando a coisa real

Rimberg
e seu colega Miles Blencowe, financiados pela Fundação Nacional de Ciências (NSF), lideraram uma equipe de pesquisadores que demonstrou eventos de mecânica quântica causando efeitos no mundo clássico.

Os cientistas não se propunham a realizar isto desde o início, ressalva Rimberg. Na verdade, eles estavam tentando medir rápidas mudanças em cargas em escala nanométrica.

Para tanto, eles primeiramente criaram minúsculos cristais semicondutores, similares a um chip de computador, cada um com cerca de 3 mm de largura. Eles depositaram portas elétricas de ouro por cima do cristal, deixando um pequenino intervalo de poucas centenas de micrômetos no meio do chip. Esse intervalo é chamado de “contato de ponto quântico”, ou CPQ.

Quando se liga o chip a um circuito elétrico, os elétrons fluem através dos contatos de metal até atingirem o CPQ. E foi aí que eles começaram a observar uma das esquisitices da mecânica quântica.

“Se pode pensar no CPQ como uma espécie de barreira, uma muralha para os elétrons”, explica Rimberg. “Quando a muralha é suficientemente alta, os elétrons não tem energia suficiente para saltá-la. Se os elétrons fosem objetos clássicos, isso seria o fim do caminho. Mas, já que os elétrons obedecem as leis da mecânica quântica, em lugar de tentar saltar a muralha, eles podem tentar um tunelamento quântico e passar atavés dela”.

Assim, quando uma corrente de elétrons se aproxima de um CPQ, cada elétron na corrente “escolhe” aleatoriamente ser refletido pela barreira ou passar através dela.

“Esse processo aleatório introduz ruido na corrente elétrica, causado pelas flutuações aletórias do número de elétrons que passa através, em um dado momento”, prossegue Rimberg. “Como esse ruido é gerado pela mecânica quântica, algumas vezes é chamado de ruido quântico”.

Medindo o ruido quântico

Para esta experiência, os cientistas usaram cristais semicondutores feitos de arseniato de gálio, o qual exibe uma propriedade chamada piezoeletricidade. O termo “piezoelétrico” signiifica que uma corrente elétrica que passa pelo cristal, causa um movimento mecânico ou físico no próprio cristal, de maneira parecida com o jeito que uma esponja se expande quando absorve água.

Cristais piezoelétricos são por vezes chamdos de ressonadores, porque eles são capazes de ressoar, ou vibrar, em resposta a sinais elétricos. Esses ressonadores podem se mover de maneiras diiferentes – esticando ou se dobrando – dependendo da frequência do sinal e do formato do cristal.

“A vibração tridimensional de um cristal ressonador é exatamente igual à vibração que se obtem ao golpear um diapasão, ou ao esfregar um dedo molhado pela borda de um copo de vinho”, explica Rimberg. “O copo (ou o diapasão) começa a emitir uma nota musical; isto acontece porque existe um tipo de padrão de vibração, determinado por sua geometria, no qual os átomos do copo partiicipam coletivamente”.

Do mesmo jeito, os elétrons que saltam através da “muralha” do CPQ aplicam uma força de “recuo” aleatória sobre o cristal, segundo Rimberg. Nesse caso, a força do recuo apenas aconteceu de fazer o cristal vibrar em uma de suas frequências favoritas. Quando os pesquisadores mediram a corrente elétrica em função da frequência e encontraram fortes picos que indicavam que o recuo estava criando um feedback, isso os pegou de surpresa.

“Nem eu, nem ninguem mais previu as características espectrais que indicavam que as amostras estavam vibrando”, disse Rimberg. “Levou um bocado de tempo e esforço para nos convencermos que se tratava de um efeito real e mais tempo e esforço ainda para perceber do que se tratava”.

A incerteza em ação

“No nosso caso, a corrente que passa pelo PCQ dá informações sobre a posição do cristal semicondutor onde o PCQ está alojado”, diz Blencowe. “Porem, por causa do ruido quântico na corrente, em qualquer dado instante acontecem flutuações aleatórias no número de elétrons (da ordem de 10.000, mais ou menos) em ambos os lados do PCQ”.

Optical micrograph of one of the samples measured by the research team.

Uma micrografia óptica de uma das amostras medidas pela equipe de pesquisa.
Crédito e imagem ampliada

E porque esses elétrons tem uma carga elétrica, eles exercem uma força piezoelétrica no cristal, fazendo-o se mexer. “A coisa notavel é que apenas 10.000 e poucos elétrons são capazes de fazerem todos os 1020
(100 quintillhões) de átomos no cristal se mexerem ao mesmo tempo”, diz Blencowe.

“A diferença de tamanho dos dois lados do sistema é realmente extrema, explica Blencowe. “Para por as coisas em perspectiva, imagine que os 10.000 elétrons correspondam a algo pequeno, porém macroscópico, tal como uma mosca. Para completar a analogia, o cristal teria que ter o tamanho do Monte Everest. Se conseguirmos imaginar uma mosca pulando em cima do Everest e fazendo ele se mexer, ainda teríamos as vibrações na casa de metros!”

“Nosso trabalho é um exemplo direto do mundo quântico microscópico influenciando e até dominando o comportamento de algo do mundo clássico macroscópico”, diz Rimberg. “Os movimentos do cristal semicondutor não são dominados por algo clássico como o movimento térmico, mas pelas flutuações quânticas aleatórias no número de elétrons tunelados”.

E, nesse caso, sublinha Rimberg, o mundo macroscópico tambem influencia o mundo quântico porque as vibrações do cristal fazem com que os elétrons tunelem em grandes grupos.

Em pequisas futuras, a equipe pode seguir em várias direções. “Primeiro, nós vamos mesmo usar o PCQ para detectar as cargas, coisa que sempre foi nossa intenção”, diz Rimberg. “Segundo, vamos continuar examinando as questões referentes à transição quântico-clássica, mas com ressonadores menores do que esses cristais – coisas que ficam na fronteira nebulosa entre os reinos mais conhecidos das mecâncias quântica e clássica”. Essa fronteira é chamada por alguns de escala “mesoscópica”.

Daryl Hess, diretor de programa na Divisão de Pesquisas de Materiais da NSF declarou: “O estudo desses tipos de sistemas representa um avanço no conhecimento básico e também aborda algumas questões práticas que incluem: quais são os limites fundamentais das medições? E qual é o dispositivo de medição mais sensível que se pode fazer?”

“Questões desse tipo se tornam cada dia mais prementes, à medida em que nossas ciência e tecnologia encolhem para escalas cada vez menores, onde se vislumbra dispositivos, eletrônicos e mecânicos, com talvez apenas alguns átomos de dimensões”, acrescenta Hess. “Nessas escalas, os dispositivos podem apresentar aspectos que recaem diretamente no mundo da mecânica quântica e outros que recaem diretamente no mundo da mecânica clássica”.

Maiores esclarecimentos podem ser pedidos a Maria Zacharias na NSF (mzachari@nsf.gov)  ou Sue Knapp em Dartmouth sue.knapp@dartmouth.edu.


Raios cósmicos = prótons

Photobucket

Cientistas comprovam que os Raios Cósmicos são Feitos de Prótons

Um detector no Utah examina partículas que são milhares de vezes mais “nervosas” do que qualquer coisa feita na Terra

30 de junho de 2010

Por Phillip F. Schewe
Inside Science News Service

cosmic rays

Imagem ampliada

Raios cósmicos que tem origem fora de nossa galáxia, a Via Láctea, colidem com a atmosfera, onde dão início a um chuveiro de partículas secundárias.


Crédito: NASA


WASHINGTON (ISNS) — Os cientistas descobriram que os Raios Cósmicos são feitos de prótons, usando um enorme dispositivo de telescópios posicionados no deserto do Utah. Cada telescópio do conjunto de 67 deles, ve os céus com um olho multi-facetado. Não é à toa que chamam o arranjo de Olho de Mosca (Fly’s Eye).

Os cientistas no detector de Alta Resolução do Fly’s Eye, apelidado de HiRes, no Campo de Testes de Dugway do Exército em Utah, estabeleceram que os componentes de carga positiva encontrados no núcleo dos átomos são o que forma os raios cósmicos. Até então não se tinha certeza de que esses raios de altas energias não eram compostos por coisas mais pesadas, tais como um núcleo de átomo de ferro.

Os raios cósmicos tem origem fora de nossa galáxia, a Via Láctea, e colidem com nossa atmosfera, dando origem a um chuveiro de partículas secundárias. Essas partículas fazem com que as moléculas de nitrogênio no ar brilhem ligeiramente. A energia desse brilho é registrada em sensíveis detectores de luminosidade acoplados aos telescópios. As partículas criaram padrões cônicos e deixaram um jato de energia característico nos detectores.

Os raios cósmicos tem energias que podem ser muito mais altas do que qualquer coisa produzida pelos físicos. O HiRes examina a composição de raios cósmicos com energias um milhão de vezes maiores do que aquelas geradas na Terra, como as geradas no acelerador de partículas LHC.  

O detector HiRes pode mesmo determinar a direção do raio cósmico incidente.  John Belz, um membro da equipe, da Universidade do Utah, explica que o posicionamento de dois joogos de telescópios fornece a visão “estéreo” necessária ao rastreamento da trajetória do raio cósmico incidente. Os dois dispositivos, cada um deles cobrindo vários hectares, ficam a cerca de 13 km um do outro. A origem do raio cósmico pode ser localizada em uma região mais ou menos do tamanho de uma Lua Cheia.

Os realizadores da experiência coletaram dados ao longo de vários anos, entre maio de 1997 e abril de 2006, e publicaram recentemente seu trabalho em Physical
Review Letters
.


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