خون ماهی ممکن است حاوی پاسخ به محلول های امن تر برای طوفان های برف باشد



نمک سنگ برای کار ذوب عالی است ، اما می تواند بر سیستم های آب و زندگی آب ها تأثیر بگذارد.

نمک سنگ برای کار ذوب عالی است ، اما می تواند بر سیستم های آب و زندگی آب ها تأثیر بگذارد. (گودلا / سپرده عکس /)

مونیکا بلشینسکی ، محقق و دانشیار دانشگاه دنور است. این داستان در اصل در گفتگو.

بسیاری از مردم بارش تازه برف را با لذت هایی مانند شکلات داغ و ورزش های زمستانی مرتبط می دانند. اما برای ساکنان شهر می تواند به معنای نمک پخته شده باشد که به کفش ، لبه لباس و ماشین می چسبد. دلیل این امر این است که به محض پایین آمدن جیوه به زیر صفر و پیش بینی بارندگی ، مقامات محلی توزیع نمک های ذوب را برای جلوگیری از یخ زدگی جاده ها آغاز می کنند.

این نمکها معمولاً نوعی نمک سفره یا کلرید سدیم است که کمتر تصفیه شده است ، اما ممکن است شامل ترکیبات دیگری مانند کلرید منیزیم و کلرید پتاسیم باشد. آنها با پایین آوردن نقطه انجماد آب کار می کنند.

نمک زدایی همچنین به خودروها ، زیرساخت ها و محیط زیست آسیب قابل توجهی می زند. و شهرها از آنها به مقدار زیاد استفاده می کنند – نزدیک به 20 میلیون تن در سال در شهرهای Snowbelt در آمریکا در کانادا ، اروپا و ژاپن نیز از نمک های ذوب استفاده می کنند.

اما گزینه های جدید در حال توسعه است. من یک دانشمند مواد هستم که به دنبال راه حل هایی برای پیاده روهای بیش از حد نمک ما ، تجزیه و تحلیل روش های مدیریت یخ در جهان طبیعی است. ماهی ها ، حشرات و حتی بعضی از گیاهان صدها هزار سال یاد گرفته اند که با آب و هوای سرد سازگار شوند و ضد یخ خود را بسازند تا در دمای زیر انجماد زنده بمانند. با استفاده از یک صفحه از طبیعت ، من و همکارانم امیدوارم که بتوانیم ترکیبات ضد یخ موثر اما با کیفیت تری تولید کنیم.

اثرات مضر نمک

همانطور که بسیاری از رانندگان خیلی خوب می دانند ، نمک جاده با سرعت بخشیدن به روند زنگ زدگی باعث کاهش عمر خودروها می شود. یک مطالعه در سال 2010 تخمین زده است که استفاده از نمک های یخ زدایی برای رانندگان ایالات متحده 23.4 میلیارد دلار در سال در آسیب به خوردگی هزینه دارد.

نمک های جاده ای به سطوحی که در آن رانندگی می کنیم آسیب می رسانند. آنها حاوی یونهای کلر هستند – اتمهایی با بار منفی – که باعث تغییر در شیمی آب می شوند و در صورت تماس با موادی مانند بتن و فولاد باعث خوردگی آن می شوند.

در نتیجه ، نمک های جاده بارهای موجود بر روی سازه های پیر را افزایش می دهند. نمک های یخ زدایی در آسیب دیدن پل نقش داشته و باعث ترک خوردگی و سایر اشکال هوازدگی در سطح بزرگراه ها شده است.

نمک های یخ زدایی نیز تأثیرات گسترده ای در طبیعت دارند. اگر بعد از یک زمستان طولانی و برفی در جاده ای جنگلی رانندگی کنید ، ممکن است متوجه شوید که درختان کنار جاده کمی قهوه ای تر از بقیه هستند. این به این دلیل است که نمک های جاده ای مواد معدنی موجود در خاک و آب های زیرزمینی را جابجا می کنند و شرایطی را ایجاد می کنند که به خشکسالی فیزیولوژیک معروف است.

این بدان معناست که درختان نمی توانند آب را از طریق ریشه جذب کنند ، حتی اگر این آب به طور آزاد در خاک موجود باشد. وقتی شرایط طبیعی خشکسالی از قبل وجود داشته باشد ، در مناطقی مانند کلرادو ، خشکسالی فیزیولوژیکی با حساسیت بیشتر گیاهان به آتش سوزی می تواند خطر آتش سوزی را افزایش دهد.

نهرها ، رودخانه ها و دریاچه ها به ویژه در برابر رواناب های آب که حاوی نمک های یخ زدایی هستند ، آسیب پذیر هستند. کلر حاصل از نمک می تواند از تخم ریزی ماهی جلوگیری کرده و میزان اکسیژن محلول در آب را که به ماهی و سایر موجودات آبزی آسیب می رساند ، کاهش دهد. رواناب مملو از نمک همچنین می تواند باعث رشد سیانوباکتریوم خطرناک شود که به آن جلبک های سبز آبی نیز گفته می شود. برخی از اشکال جلبک های سبز آبی سموم تولید می کنند که می توانند با نوشیدن آب مردم یا حیوانات را بیمار کنند.

ضد یخ طبیعی

جایگزینی برای یخ زدایی باید غیر سمی باشد و به اجزای خوش خیم تجزیه شود – اما خیلی زود نیست ، در غیر این صورت اثرات آن ادامه نخواهد یافت. برای درک مهم بودن این مسئله ، پروپیلن گلیکول را که برای لاغر کردن هواپیما استفاده می شود ، در نظر بگیرید.

پروپیلن گلیکول برای این منظور ترجیح داده می شود زیرا سمی بودن آن کمتر از اتیلن گلیکول است که رادیاتور ماشین شما را از یخ زدن محافظت می کند. اما اثرات پروپیلن گلیکول کوتاه مدت است ، بنابراین هواپیماها معمولاً می توانند فقط بین مدت زمان ذوب شدن و برخاستن از آن منتظر بمانند. بنابراین ، پروپیلن گلیکول به ندرت در جاده ها و سطوح پاشیده می شود. بعلاوه ، اگرچه معمولاً برای انسانها بی خطر طبقه بندی می شود ، اما همچنان می تواند برای موجودات آبزی کشنده باشد.

در مورد گزینه های طبیعی چطور؟ دانشمندان حشرات و عنکبوت هایی را در آلاسکا پیدا کرده اند که در بدن آنها پروتئین های ضد یخ ایجاد می کند که نقطه انجماد آب را تا چند درجه کاهش می دهد. و برخی از ماهی ها ، مانند دندان قطب جنوب (Dissostichus mawsoni) ، گلیکوپروتئینهای ضد یخ ایجاد می کنند که از یخ زدگی خون در رگهای آنها در سردترین آبهای زمین جلوگیری می کند.

پروتئین های ضد یخ تولید شده توسط (از چپ به راست) شکستن اقیانوس ، دست و پا زدن زمستان ، سوسک کرم زرد ، پروانه صنوبر و کک برف.  قسمتهای آبی روشن تر به سطح بلورهای یخ متصل می شوند و رشد آنها را کند یا ممانعت می کنند.

پروتئین های ضد یخ تولید شده از (چپ به راست) شکستن اقیانوس ، دست و پا زدن زمستان ، سوسک زرد ، پروانه صنوبر و کک برفی. قسمت های آبی روشن تر به سطح بلورهای یخ متصل می شوند و رشد آنها را کند یا ممانعت می کنند. (بانک اطلاعات پروتئین /)

اکثر این گلیکوپروتئین ها ساختارهای ظریفی هستند که به سرعت در دنیای سخت خارج تجزیه می شوند. اما من و همکارانم در حال یادگیری چگونگی ساخت ترکیبات ضد یخ خود با تقلید هستیم. اولین چالش ما یادگیری نحوه کارکرد نسخه های طبیعی است تا بتوانیم آنها را دوباره بسازیم.

اگرچه هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که ما نمی فهمیم ، ما با استفاده از مدل سازی پیشرفته رایانه ای می بینیم که پروتئین های ضد یخ با مولکول های آب چگونه برهم کنش دارند. دانشمندان دیگر دریافته اند که گلیکوپروتئین های ضد یخ ماهی حاوی دو بخش اصلی است و برخی مناطق از مناطق دیگر اهمیت بیشتری دارند.

به طور خاص ، ترکیبات کوچکی به نام گروه های هیدروکسیل ، که از اتم های هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده اند ، بیشتر کارها را انجام می دهند. این اتصالات کوچک با استفاده از مولکول های آب مانند یک کلید در قفل در جای خود ثابت می شوند تا از تشکیل یخ جلوگیری کنند. آنها همچنین بخشی از مهمترین مناطق پروتئینی هستند که به سطح در حال رشد بلورهای یخ متصل می شوند و از رشد آنها جلوگیری می کنند.

پروتئین های ضد یخ پلیمرهای طبیعی هستند – مولکول های عظیم طولانی که از مولکول های تکرار شونده کوچکتر تشکیل شده اند ، مانند زنجیره های زنجیره ای. ایجاد مجدد این ترکیبات کار ساده ای نیست ، اما ما می توانیم نسخه های مصنوعی خود را در آزمایشگاه ایجاد کنیم ، از پلی وینیل الکل یا PVA شروع می کنیم. این یک ترکیب ساده و ارزان قیمت است که برای انسان و موجودات آبزی سمی نیست و یک ماده رایج در بسیاری از محصولات مراقبت شخصی روزمره است.

PVA شامل همان گروه های هیدروکسیل است که در پروتئین های ضد یخ ماهی یافت می شود. با استفاده از کمی مهندسی شیمی ، می توانیم مکانی را که این هیدروکسیل ها در ساختار پلیمری قرار دارند تغییر دهیم و آن را بیشتر شبیه ترکیباتی که ماهی تولید می کنند ، کنیم. در آینده ، ممکن است بتوانیم PVA را از یک ترکیب روزمره به یک ماده ضد یخ تبدیل کنیم که تقریباً در همه جا قابل استفاده است.

از آنجا که PVA خیلی زود تخریب نمی شود ، توانایی کار در سطوح بدون یخ ، مانند جاده ها ، پیاده روها و نرده ها را دارد. ساختار شیمیایی طولانی آن را برای شکل دادن و سازگاری با اسپری یا پوشش مناسب می کند. ممکن است روزی شهرها به اسپری های ضد سمی ضد یخ در زمستان اعتماد کنند که باعث لک شدن لباس و خوردگی ماشین نمی شود.

گفتگو


منبع: khabar-reza.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*