Ateş Üzerinde Yürümenin Arkasındaki Bilim

Ateş Üzerinde Yürümenin Arkasındaki Bilim

Dünya genelinde birçok kültürden insan, meditasyon ya da dini ritüeller gibi farklı amaçlar içinateş üzerinde yürüyor. Ülkemizde de bunun örneklerine rastlamamız mümkün. Burada kastedilenin alevli yanan bir ateşin üzerinden yürümek değil de, köz haline gelmiş odun veya kömür üzerinde yürümek olduğunu da belirtelim. Peki nasıl oluyor da ateş üzerinde yürüyen insanların ayakları yanmıyor? Tabii ki bu durumun bilimsel bir açıklaması var.

Ateş üzerinde yürüme eyleminin arkasındaki gerçek, aslında bilim; spesifik olarak da ısı iletimi ve yalıtım. Doğru bir hazırlık sonrasında ve eğer ne yapacağınızı tam olarak biliyorsanız, sıcaklığı 500 santigrat derecenin üstündeki korlaşmış ateş üzerinde yürümeniz mümkün.

Kömürü, içerisinde az miktarda kalsiyum, potasyum gibi elementler olsa da, düşük ağırlıktabir karbon yapısı olarak tanımlanabilir. Çoğunlukla karbondan ve hava boşluklarından oluşan kömürün ısı iletimi de zayıftır. Yani kor haldeki bir kömür parçasının insan vücuduna teması sonrasında gerçekleşecek ısı transferi, sıcak bir metal tavanın insan vücuduna teması sonrasında gerçekleşecek ısı transferine göre daha uzun sürer. Kor halindeki kömür parçası tuttuğunuzda elinizi hemen yakmazken, sıcak bir metal kızartma tavasına yanlışlıkla dokunursanız elinizin aniden su topladığını görürsünüz.

Bilindiği gibi, odunun da yanma serüveninin sonu kömürdür. Odunun yapısı içerisinde; karbon, uçucu organik moleküller ve su bulunur. Uçucu organik moleküller, ısıtıldığında buharlaşan karbon temelli moleküllerdir. Odun yanarken buharlaşan uçucu organik molekülleri aslında, ateşten yükselen duman olarak gözlemliyoruz.

Ateş üzerinde yürüyen insanların gösterilerine şahit olduysanız, odunun ya da kömürün tamamen yanmasını yani tamamen köz haline gelmesini beklediklerini belki de fark etmişsinizdir. Çünkü tamamen köz haline gelmiş odun veya kömür içerisinde, uçucu organik moleküller ve yüksek ısı sığasına sahip bir madde olan su bulunmaz. Kor halindeki odun ya da kömürün yapısı, neredeyse saf olarak karbondan oluşur. Ayrıca, bazı ağaçlar yandıktan sonra yalıtım kapasitelerinden dolayı diğer ağaçlara kıyasla üzerinde yürümek için daha elverişlidir. Kiraz ya da akçaağaç gibi sert ağaç türleri kor haline geldiklerinde, zeytin ya da akasya gibi ağaç türlerine kıyasla daha düşük ısı yayarlar.

Ateş üzerinde yürüme ritüelini yeniden gözünüzde canlandırın. Ateş üzerinde yürüyecek insanlar, ilk olarak yürünecek patikanındüz olduğundan emin olurlar. Çünkü köz yığınının düzleştirilmiş yüzeyi, iç kısımlarına kıyasla daha az ısı yayar. Ayrıca ‘ateş üzerinde yürümek’ adından da anlaşılacağı gibi, bu eylemi gerçekleştirirken hiç durmazlar. Böylece kısa sürede atılan her bir adım sayesinde, görece daha az ısının transfer edilmesi sağlanır.

Bir detay daha verelim; genel olarak ateş üzerinde yürüme gösterilerinin ya da ritüellerinin gece gerçekleştiriliyor olmasının da bir sebebi var. Çünkü karanlıkta yapılan ateş üzerinde yürüme eylemi sırasında, her ne kadar közün üzeri kül ile kaplı olsa bile, odun ya da kömür parçası yine de kırmızı görünür. Kül de bu işin hilelerinden birisi. Kül, yapısı gereği düşük ısı iletimine sahiptir ve korlaşmış kömürün üzerinde yalıtkan görevi görür.

Bu yazıyı okuduktan sonra, ateş üzerinde yürüme planları yapmaya başlayanları da uyaralım. Her ne kadar yapılan bu eylemin bir açıklaması olsa da, yine de denemek için pek de güvenli olduğu söylenemez. Çünkü az da olsa, çok da olsa ayağınız muhtemelen yanacaktır. Bazı insanlar, acı eşikleri yüksek olduğu için bu eylemi rahatlıkla gerçekleştiriyor gibi görünüyor olsalar da en güvenli tercihin böylesi bir davranışta hiç bulunmamak olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz.


Kaynaklar ve ileri okuma:
  1. Bilimfili,
  2. Blander, M.Calculations of the Influence of Additives on Coal Combustion Deposits Argonne National Laboratory, Retrieved from http://web.anl.gov/PCS/acsfuel/preprint%20archive/Files/Volumes/Vol34-2.pdf
  3. The Chemistry of Water” Chemistry Tutorial, University of Arizona, Retrieved from http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page3.html
  4. Firewalking Myth vs Physics” University of Pittsburg, Retrieved from http://www.pitt.edu/~dwilley/Fire/FireTxt/fire.html
  5. Yun-Wen Shaw ”FIREWALKING:A Theory Based on Biofeedback and Variable Set Points” Bryn Mawr, Retrieved from http://serendip.brynmawr.edu/bb/neuro/neuro00/web2/Shaw.html

Bilim İnsanları Yanlışlıkla Havadan Su Elde Eden Nanoçubuklar Geliştirdi

Hatalarımızdan ders almak hayatın ana anahtarıdır. Pasifik Northwest Ulusal Laboratuvarı’ndan (PNNL) bir araştırmacı aynı şekilde hatasından ders çıkardı. Yanlışlıkla karbonca zengin nanoçubuklar üreten ekip,kazayla yapılan bu buluşun suya karşı tuhaf davranışlar sergilediğini göstererek, 20 yıllık teoriyi göstererek, potansiyel olarak düşük enerjiyle su elde edebilen ve ter tutmayan kumaşlarda kullanılabilecek bir teknoloji geliştirdiler.

Normalde çevredeki nem arttığında normal maddeler daha fazla su toplayabiliyor. Fakat bu yeni nanoçubuklar % 50 ila %80 arası nemde  tam tersini yaparak , suyu itiyor ve bu davranış herhangi bir materyalle paylaşılmıyor.Bu aralığın altında ise madde normal davranıyor ve böylece proses nem azaldığında tersinir hale geliyor.

“Bu materyal biraz sünger gibi davranıyor, tümüyle suyla doymadan önce kendi kendini sıkıyor,” diyor PNNL araştırmacısı ve materyalin yaratıcısı David Lao.

Bu nanoçubuklar manyetik nanoteller üretmek isterken, yanlışlıkla yaratıldı. Araştırmacılar bu kazaya göz attıklarında , buhar analiz cihazı kullanıyorlar. Satish Nune bu yapıların nem arttıkça ağırlık kaybettiğini fark etti.

Ekipmanın çalışmadığını zannederek, mikroskopa baktı ve nanoçubuklar arasında suyun durduğunu ve sonra yüksek nemde buharlaştığını gözlemledi.

Araştırmacıların bunun neden olduğunu bulmak için 2012 ve 2013 araştırmalarına baktılar ve suyun 1,5 nm alanda hapsolduğunda eş zamanlı olarak buharlaştığını gözlemlediler. 1990lara gittikçe , bilim insanlarının daha kristalize proteinlerde benzeri şeylerle karşılaştığını ve suyun neden hızla buharlaştığını bilinmeyen bir prosese yorduklarını gördüler.

Öyle PNNL araştırmacılar bu fenomeni ilk kez aksiyon halinde gözlemlediler. Ekibin hipotezi şöyleydi ; suyun yoğunlaşarak nanoçubuk dallarının bir araya gelmesine neden oluyordur. 1,5 nm eşiğine erişildiğinde su hızla buharlaşıyordu.

Bu keşif sayesinde çölde havadaki nemi toplayarak, belli bir nem seviyesine erişildiğinde suyu boşaltan bir sistem kurulabilir ya da fazla teri dışarı buharlaştırarak atan kumaşlar geliştirilebilir.

Ekip bu nanoçubukların mükemmel şekil ve boyutta olması için kontrol ederek, su ayrıştırma kabiliyetlerini % 10 ile 20 arası geliştirmeyi umuyor. Ayrıca bu metodun metanol gibi farklı sıvıları toplamak için kullanıp kullanılamayacağı araştırılacak.

Araştırma Nature Nanotechnology’de yayınlandı.

Videoda karbon nanoçubuklardan ilk su çıkarma denemesi görülüyor.

Click here to display content from YouTube.
Learn more in YouTube’s privacy policy.

Kaynak:

  • GerçekBilim
  • Satish K. Nune, David B. Lao, David J. Heldebrant, Jian Liu, Matthew J. Olszta, Ravi K. Kukkadapu, Lyle M. Gordon, Manjula I. Nandasiri, Greg Whyatt, Chris Clayton, David W. Gotthold, Mark H. Engelhard & Herbert T. Schaef Anomalous water expulsion from carbon-based rods at high humidity Nature Nanotechnology (2016) doi:10.1038/nnano.2016.91 Received 22 September 2015 Accepted 28 April 2016 Published online 13 June 2016

Karbondioksiti kayalara hapsettiler

Carbfix ekibi miktarı ikiye katlamayı hedefliyor. [Fotoğraf: phys.org]

İzlanda’da bir jeotermal enerji santrali, karbondioksit gazını bazalt taşına hapsederek birkaç ayda kalıcı olarak atmosferden çıkaran bir tekniği başarıyla uyguladı. Çalışma, Sciencedergisinin yeni sayısında paylaşılacak.

Dünyanın en büyük jeotermal santrali Hellisheidi, ülkenin başkenti Reykjavik’e yeraltındaki volkanik aktivitelerle ısınan suyun türbinlerden geçirilmesiyle enerji sağlıyor. Fakat süreç temiz değil; havaya karbondioksit ve hidrojen sülfit gibi tehlikeli volkanik gazlar salınıyor.

Ekip üyesi Sandra Snaebjornsdottir, başarılı sonuç numunesini sergiliyor.

Yüzde 95’i hapsedildi

2012’de başlatılan proje, karbondioksiti su yardımıyla bazalt taşları içine hapsetmeyi hedefliyor. Çalışmalarda, ortaya çıkan karbondioksit gazının yüzde 95 oranında hapsedildiği ve sürecin iki yıldan az sürdüğü belirlendi.

Santral yılda 40 bin ton karbondioksit salıyor. Bu yöntemle, beklenenden kısa sürede, yılda 5 bin ton gaz hapsedildi. Yaklaşık 25 ton deniz suyu da karbonun kireçlenmesinde kullanıldı.

Volkanik kaya kütlesi bazalt; içine hapsedilen kalsiyum karbonat oldukça belirgin.

Bazalt her yerde

Araştırmacılar, deniz tabanı ve kıtaların yüzde 10’unu kaplayan gözenekli, siyah renkli bazaltın mevcut miktarı nedeniyle çözümü makul buluyor. Doğada bolca bulunan bazaltın içerisindeki kalsiyum, demir ve magnezyum maddeleri, karbondioksitin çökelmesine de yardımcı oluyor.

Hedef yılda 10 ton

Hellisheidi ekibi, hem gazı suyla karıştırarak uçuculuğunu engelledi hem de çökelme hızını beklendiği gibi 8-12 yılda değil iki yıldan az sürede gözlemledi. Proje sorumlusu Edda Aradottir, bu yaz miktarı iki katına çıkarmayı hedefliyor.

Santral karbondioksit ve hidrojen sülfit üretiyor.

Suyla daha güvenli

Daha önce de gazı hapsetmek üzere dünyanın başka yerlerinde benzer çalışmalar yapılmıştı ancak o çalışmalarda su kullanılmamış, karbondioksit saf haliyle hapsedilmeye çalışılmıştı. En büyük sorun, tektonik hareketlerle gazın hapsolduğu kayaları kırıp yeniden doğaya karışması riskiydi. Sürece suyun katılmasıyla bu risk ortadan kalktı.

1 tonu 30 dolara mâl oluyor

Yeni yöntemin önündeki en büyük engeller, maliyet ve su ihtiyacı. Önceki projelerde bir ton gazın hapsedilmesi için 130 dolar maliyet hesaplanıyordu. Bu çalışma maliyeti ton başına 30 dolara çekse de, birçok özel şirket için bu ekstra maliyet caydırıcı olabilir.

Bakteri engeli

Bir başka beklenmedik engel ise, Mayıs ayında keşfedilen karbonat mineralleriyle beslenen bakteriler oldu. Bu bakteriler, gazın hapsedildiği taşlarla beslenip ortama çok daha tehlikeli bir sera gazı olan metanı salgılıyor.

Bu mikropların sadece okyanus tabanında var olduğu sanılıyordu ancak California’da toprakta da varlıkları saptandı. Alandaki bakteri popülasyonunu incelemek üzere Paris’ten uzmanlar davet edildi.

Kaynak:

  • Al Jazeera 
  • Juerg M. Matter, Martin Stute, Sandra Ó. Snæbjörnsdottir, Eric H. Oelkers, Sigurdur R. Gislason3, Edda S. Aradottir, Bergur Sigfusson, Ingvi Gunnarsson, Holmfridur Sigurdardottir, Einar Gunnlaugsson, Gudni Axelsson, Helgi A. Alfredsson, Domenik Wolff-Boenisch, Kiflom Mesfin, Diana Fernandez de la Reguera Taya, Jennifer Hall, Knud Dideriksen, Wallace S. Broecker Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions Science 10 Jun 2016: Vol. 352, Issue 6291, pp. 1312-1314 DOI: 10.1126/science.aad8132

Elmas ve Yaşam, Aynı Köke mi Dayanıyor?

Johns Hopkins Üniversitesi’nin öncülük ettiği araştırma ekibinin yeni bulguları,  Dünya yüzeyinin altında dipte bulunan karbonlarla ilgili detayları ve bu yeraltı karbonlarının gezegenimizdeki yaşamın başlangıcına olan etkisini ortaya çıkarıyor. Ekip ayrıca çekirdek kabuğunda nasıl elmas oluştuğuna dair başka yeni bir teori geliştirdi.

 Bilim insanları, on yıllardır yer kabuğunda bulunan elementlerle ilgili ne kadar çok şey öğrenmiş olsalar da, Dünya yüzeyinin çok altında bulunan karbon elementinin davranışları hakkında çok az bir kavrayışa sahipler. Jeokimyacı Dimitri Sverjensky, Washington Carnegie Enstitüsü’nden Vincenzo Stagno ve Master öğrencisi Fang Huang, yerin 160 kilometre altında hangi çeşit karbondan ne kadar bulunduğunu hesaplayan ilk grup oldular. Sadece bir hatırlatma olarak şunu söyleyeyim, bu seviyelerde yaklaşık sıcaklık 1150 °C.

Nature Geoscience’da yayınlanan çalışmada, Sverjensky ve ekibi dalma kuşağı “subduction zone” dip bölgelerinden kaydedilen karbondioksit ve metan gazına ek olarak, çok çeşitli organik karbon türleri olduğunu kaydetti. Kabul edersiniz ki bu çok büyük bir buluş çünkü Dünya üzerindeki yaşamın ve elmasların oluşmasının açıklaması olabilir.
Dünya ve Gezegen Bilimleri Bölümü profesörü Sverjensky şöyle dedi: “Bu derin sıvıların sığ Dünya’ya yaşam için yapı taşları taşıyor olma ihtimali fazlasıyla heyecan verici. Bu buluş, hayatın başlangıcı için bir şifre olabilir.”

Sverjensky’nin teorik modeli, – Deep Earth Water- olarak biliniyor. Bu model ekibin çekirdek kabuğu konsantrasyonunda bulunan ve eski tektonik plakalardan gelen kimyasal  sıvıları belirlemesinde çok işe yarıyor. Bazı sıvılar, özellikle çekirdek kabuğu peridotit mineralleriyle dengede olanlar, içeriklerinde tam da beklenen miktarlarda metan ve karbondioksit barındırıyor. Fakat diğerleri, yani elmas ve eklojist mineraller yani seçme taşlarla dengede olanlar ise yapısında çözünmüş organik karbon türleri barındırıyor. Örneğin sirkede bulunan asetik asitler gibi

Yüksek konsantrasyonlu çözünmüş karbon türlerinin varlığı, bu türlerin yüksek miktarda karbonu “subduction zone” adı verilen dalma kuşağından -çekirdek kabuğunu değiştirerek elementlerin atmosphere geri dönüşümünü etkiledikleri alan olan- çekirdek kabuğu kamasına taşıdığı gerçeğini öne çıkarıyor.
Araştırma ekibi aynı zamanda organik karbon içeren bu çekirdek kabuğu sıvılarının daha önce bilmediğimiz bir yolla elmas oluşturabileceği ihtimalini de öne sürüyor. Bilim insanları uzun yıllar elmas oluşumunun karbondioksit veya metan ile başlayan kimyasal reaksiyonlar sonucu gerçekleştiğine inanmıştı; ancak bu organik türler elmas ve değerli taşların oluşumu için geniş bir skalası olan başlangıç materyalleri ihtimaline dikkat çekiyor.

Yapılan bu araştırma yeryüzündeki karbonu anlamayı hedefleyen ve dünya çapında gerçekleştirilen 10 yıllık bir proje olan “Derin Karbon Rasathanesi” nin bir parçası. Bu çalışma Alfred P. Sloan Foundation tarafından finanse ediliyor.


Kaynak: Bilimfili

Referans: Dimitri A. Sverjensky, Vincenzo Stagno, Fang Huang. Important role for organic carbon in subduction-zone fluids in the deep carbon cycle. Nature Geoscience, 2014; DOI: 10.1038/ngeo2291