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L’étude indique que l’habitabilité de Mars est limitée en raison de sa petite taille

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Une nouvelle étude a révélé que Mars est peut-être trop petite pour contenir de grandes quantités d’eau.

Alors que l’eau est essentielle à la vie sur Terre et sur d’autres planètes, et que les scientifiques ont trouvé des preuves de l’eau au début de l’histoire de Mars, la planète rouge n’a pas d’eau liquide à sa surface aujourd’hui.

Les chercheurs ont suggéré qu’il pourrait y avoir un certain nombre d’explications possibles au manque d’eau sur Mars, y compris un champ magnétique faible qui pourrait entraîner la perte d’une atmosphère plus épaisse.

Cependant, la nouvelle étude offre une raison plus fondamentale pour laquelle Mars d’aujourd’hui est si différente de la Terre.

« Le sort de Mars a été décidé dès le début », a déclaré Kun Wang, professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes à l’Université de Washington et premier auteur de l’étude.

« Il y aura probablement une limite aux exigences de taille des planètes rocheuses pour contenir suffisamment d’eau pour permettre la vie et la tectonique des plaques, avec une masse dépassant celle de Mars. »

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des isotopes stables de l’élément potassium (K) pour estimer la présence, la distribution et l’abondance des éléments volatils sur différents corps planétaires.

Les chercheurs ont mesuré les compositions de 20 météorites martiennes précédemment confirmées, sélectionnées pour être représentatives de la composition en silicate en vrac de la planète rouge.

Ils ont découvert que Mars avait perdu plus de potassium et d’autres substances volatiles que la Terre au cours de sa formation, mais qu’elle en retenait plus que la Lune et l’astéroïde 4-Vesta, des corps beaucoup plus petits et plus secs que la Terre et Mars.

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Selon l’étude, il y avait une corrélation bien définie entre la taille corporelle et la composition des isotopes de potassium.

« La découverte que les compositions d’isotopes K sont en corrélation avec la gravité des planètes est une nouvelle découverte qui a des implications quantitatives importantes pour quand et comment des planètes différentes ont reçu et perdu leurs volatiles », a déclaré Katharina Luders, professeure de recherche en sciences de la Terre et des planètes à l’Université de Washington et co-auteur de l’étude.

Le professeur Wang a ajouté : « Les météorites martiennes sont les seuls échantillons dont nous disposons pour étudier la composition chimique de Mars.

« Ces météorites martiennes ont des âges allant de plusieurs centaines de millions à quatre milliards d’années et ont enregistré l’histoire de l’évolution en damier de Mars.

« Il est incontestable qu’il y avait de l’eau liquide sur Mars, mais il est difficile de déterminer la quantité d’eau qui se trouvait autrefois sur Mars à partir des seules études de télédétection et des rovers.

« Il existe de nombreux modèles disponibles pour la plus grande teneur en eau de Mars.

« Dans certains d’entre eux, Mars au début était plus humide que la Terre. Nous ne pensons pas que ce soit le cas. »

Les chercheurs disent que leurs découvertes ont des implications pour la recherche de vie sur d’autres planètes.

Très proche du Soleil (ou, pour une exoplanète, trop proche de son étoile) peut affecter la quantité de substances volatiles qu’un corps planétaire peut contenir.

Cette mesure de distance aux étoiles est souvent prise en compte dans les indices des zones habitables autour des étoiles.

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« Cette étude confirme qu’il existe une fourchette de taille très limitée pour que les planètes aient juste assez mais pas trop d’eau pour développer un environnement de surface habitable », a déclaré Klaus Mezger, du Centre pour l’espace et l’habitat de l’Université de Berne, en Suisse. et co-auteur de l’étude.

« Ces découvertes guideront les astronomes dans leur recherche d’exoplanètes habitables dans d’autres systèmes solaires. »

Le professeur Wang pense maintenant que, pour les planètes situées dans des zones habitables, la taille des planètes devrait probablement être soulignée encore plus et systématiquement prise en compte lorsque l’on examine si les exoplanètes pourraient soutenir la vie.

« La taille d’une exoplanète est l’un des paramètres faciles à déterminer.

« Sur la base de la taille et de la masse, nous savons maintenant si une exoplanète est candidate à la vie, car le facteur limitant de premier ordre pour conserver la variabilité est la taille », a déclaré le professeur Wang.

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L’étude a révélé que les minéraux et l’utilisation des terres déterminent le stockage du carbone dans le sol.

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L’étude a révélé que les minéraux et l’utilisation des terres déterminent le stockage du carbone dans le sol.

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Enterrez des récipients d’échantillons contenant des minéraux dans le sol. Crédit : Ingo Schoening, MPI-BGC

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Enterrez des récipients d’échantillons contenant des minéraux dans le sol. Crédit : Ingo Schoening, MPI-BGC

La séquestration du carbone dans le sol peut contribuer à l’atténuation du changement climatique, et la matière organique du sol liée aux minéraux possède la plus grande capacité à stocker le carbone. Une équipe de chercheurs, comprenant des scientifiques de l’Institut Max Planck de biogéochimie et de l’Université Martin Luther de Halle-Wittenberg, a évalué les facteurs qui contrôlent la matière organique liée aux minéraux.

leurs études, publié dans La biologie du changement globalIl montre que même si la quantité et le taux de leur formation sont principalement contrôlés par la composition minérale, l’utilisation des terres et l’intensité de la gestion influencent également la matière organique liée aux minéraux sur des échelles de temps courtes.

Le carbone organique du sol n’est pas seulement important pour la fertilité des sols et la production alimentaire, il joue également un rôle important dans le climat de la Terre puisqu’il représente environ 7 % du dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère.2 Il circule dans le sol chaque année. Depuis les débuts de l’agriculture, les sols ont perdu d’importantes quantités de carbone dans l’atmosphère. Pour atténuer le changement climatique, nous devons comprendre comment éviter une perte supplémentaire de carbone et reconstituer les stocks de carbone du sol.

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Lorsque le carbone organique du sol est lié aux minéraux, sa durée de survie et sa résistance aux perturbations sont accrues. La formation de matière organique associée aux minéraux (MAOM) est donc un processus essentiel dans le cycle global du carbone. Cependant, malgré des décennies de recherche, l’impact de la composition minérale et de l’intensité de la gestion des terres sur la formation de MAOM n’a pas été résolu.

Pour combler cette lacune dans la recherche, plus de 3 500 conteneurs perméables remplis de goethite sans carbone, un représentant de l’oxyde de fer du sol, ou d’illite, un représentant du minéral argileux silicaté, ont été enterrés dans 150 forêts et 150 prairies. Les sites sont situés dans les trois zones d’étude allemandes du programme prioritaire d’infrastructures « Explorations de la biodiversité ».

Après cinq ans d’incubation souterraine, une équipe de scientifiques dirigée par De Schorn Bramble de l’Institut Max Planck de biogéochimie (MPI-BGC) à Iéna et Susanne Ulrich de l’Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) a analysé le contenu du conteneur. . Ils ont constaté que, quels que soient le type d’utilisation des terres et l’intensité de la gestion, quatre fois plus de carbone organique s’accumulait dans la goethite que dans l’illite. Ce résultat confirme que la composition minérale est essentielle pour contrôler le taux et la quantité de formation de MAOM dans le sol.

« Une grande partie de nos connaissances sur le rôle des oxydes et des argiles silicatées dans le stockage du carbone dans le sol provient d’études en laboratoire », explique Susan. « Étant donné que ces deux groupes de minéraux interagissent dans les sols naturels, la différenciation directe de leurs rôles individuels dans la formation de MAOM n’est pas possible. .» Ulrich, Ph.D. Candidat à MLU.

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« Notre configuration expérimentale nous a permis pour la première fois de comparer directement le potentiel de stockage de carbone de ces deux groupes minéraux dans des conditions de terrain. Nos résultats montrent que ce ne sont pas les propriétés de surface qui déterminent la formation de MAOM, car les oxydes ont une surface beaucoup plus grande. Le potentiel de stockage de carbone des minéraux argileux silicatés. »  »

En raison du long temps de séjour du carbone dans les minéraux, la formation de MAOM était considérée comme relativement insensible à l’utilisation et à la gestion des terres sur des échelles de temps inférieures à plusieurs décennies. Cependant, les chercheurs ont noté dans leur étude que la formation de MAOM dans les forêts était réduite par l’intensité de la récolte et était modifiée par la sélection des espèces d’arbres. Dans les prairies, la productivité végétale ainsi que la diversité végétale ont augmenté la formation de MAOM. La productivité et la diversité végétales étaient affectées par la fertilisation, car la fertilisation augmentait la productivité végétale mais réduisait la diversité végétale.

De Schorn Bramble, candidat au doctorat au MPI-BGC explique ces nouveaux résultats contrastés : « Nous avons observé des effets significatifs de l’utilisation et de la gestion des terres sur la formation de MAOM après avoir exposé des minéraux sans carbone pendant seulement cinq ans aux conditions ambiantes du sol. Ces changements sont il est également probable qu’elle se produise dans les sols naturels. » Mais elle peut être difficile à détecter à l’aide des méthodes de mesure traditionnelles. « Nos résultats et notre approche expérimentale peuvent donc être importants pour prédire comment MAOM réagira aux activités humaines. »

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Il note que même si la composition minérale détermine le potentiel de stockage du carbone dans le sol, l’utilisation des terres affecte la mesure dans laquelle ce potentiel est réalisé. Par conséquent, il est important de mieux comprendre comment la productivité des plantes, la qualité des apports organiques et la communauté des décomposeurs interagissent dans la formation de MAOM dans le sol sous différentes gestions.

Plus d’information:
De Shorn E. Bramble et al, La composition de la matière organique liée aux métaux dans les sols tempérés est principalement contrôlée par le type de métal et est modifiée par l’utilisation des terres et l’intensité de la gestion, La biologie du changement global (2023). est ce que je: 10.1111/gcb.17024

Informations sur les magazines :
La biologie du changement global


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L’« hiver volcanique » a-t-il conduit à l’extinction des dinosaures ?

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L’« hiver volcanique » a-t-il conduit à l’extinction des dinosaures ?

Une nouvelle étude suggère que le changement climatique provoqué par des éruptions volcaniques massives pourrait avoir finalement ouvert la voie à l’extinction des dinosaures.

Les découvertes remettent en question le récit traditionnel selon lequel seule une météorite tombant sur Terre a porté le coup final aux anciens géants.

Pour étudier dans Avancement de la science, des chercheurs de l’Université McGill ont étudié les éruptions volcaniques dans les pièges du Deccan – un vaste plateau accidenté de l’ouest de l’Inde formé de lave en fusion. Son éruption de 1 million de kilomètres cubes de roche pourrait avoir joué un rôle majeur dans le refroidissement du climat mondial il y a environ 65 millions d’années.

Ce travail a mobilisé des chercheurs du monde entier, depuis le martelage de roches dans les pièges du Deccan jusqu’à l’analyse d’échantillons en Angleterre et en Suède.

En laboratoire, les scientifiques ont estimé la quantité de soufre et de fluor injectée dans l’atmosphère par les éruptions volcaniques massives au cours des 200 000 années précédant l’extinction des dinosaures.

Remarquablement, ils ont découvert que la libération de soufre pourrait entraîner une baisse globale des températures dans le monde, un phénomène connu sous le nom d’hiver volcanique.

«Nos recherches montrent que les conditions climatiques étaient presque certainement instables, avec des hivers volcaniques fréquents qui auraient pu durer des décennies avant l’extinction des dinosaures», explique Don Baker, professeur au Département des sciences de la Terre et des planètes de l’Université McGill.

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« Cette instabilité aurait pu rendre la vie difficile à toutes les plantes et à tous les animaux et ouvrir la voie à un événement d’extinction des dinosaures. Nos travaux contribuent donc à expliquer cet événement d’extinction majeur qui a conduit à l’émergence des mammifères et à l’évolution de notre espèce. »

Découvrir les indices contenus dans des échantillons de roches anciennes n’a pas été une tâche facile. En fait, une nouvelle technique développée à McGill a aidé à déchiffrer l’histoire volcanique.

La technologie permettant d’estimer les émissions de soufre et de fluor – un mélange complexe de chimie et d’expériences – s’apparente un peu à la cuisson des pâtes.

« Imaginez faire des pâtes à la maison. Vous faites bouillir de l’eau, ajoutez du sel, puis les pâtes. Une partie du sel de l’eau entre dans les pâtes, mais pas beaucoup », explique Baker.

De même, certains éléments restent piégés dans les minéraux lorsqu’ils refroidissent après une éruption volcanique. Tout comme vous pouvez calculer les concentrations de sel dans l’eau dans laquelle les pâtes sont cuites en analysant le sel contenu dans les pâtes elles-mêmes, la nouvelle technique a permis aux scientifiques de mesurer le soufre et le fluor dans des échantillons de roche. Grâce à ces informations, les scientifiques ont pu calculer la quantité de ces gaz émis lors des explosions.

Les résultats représentent un pas en avant dans la reconstitution des anciens secrets de la Terre et ouvrent la voie à une approche plus éclairée du changement climatique.

source: université McGill

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Les quasiparticules difficiles à déplacer glissent sur les bords de la pyramide

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28 novembre 2023

(Actualités NanworkUn nouveau type de « fil » pour piloter les excitons, développé à l’Université du Michigan, pourrait contribuer à la création d’une nouvelle classe de dispositifs, comprenant peut-être des ordinateurs quantiques à température ambiante.

En outre, l’équipe a observé une violation significative de la relation d’Einstein, utilisée pour décrire la façon dont les particules se propagent dans l’espace, et l’a exploitée pour déplacer les excitons dans des faisceaux beaucoup plus petits qu’il n’était possible auparavant.

Prises principales

  • Un nouveau « fil » pour transporter les excitons, qui pourrait permettre des progrès dans l’informatique quantique et l’efficacité des appareils actuels.
  • Observation d’écarts significatifs par rapport à la théorie de la diffusion des particules d’Einstein, entraînant un mouvement des excitons plus compact.
  • Les excitons, qui sont des paires électron-trou, offrent des avantages en informatique en raison de leur charge neutre et de leur facilité de conversion vers/depuis la lumière.
  • L’informatique quantique à température ambiante est une application potentielle, tirant parti des excitons pour coder et traiter l’information quantique.
  • Une nouvelle structure hiérarchique pour un transport précis des excitons, surmontant le défi du déplacement de ces particules neutres.
  • Une pyramide à trois côtés, avec un côté d'environ six micromètres de long et un quart de micromètre de long.  Dans un coin de la base de la pyramide se trouve une ligne verte qui ressemble à une courbe en cloche.  La flèche rouge pointe vers le bord supérieur de la pyramide vers le sommet.  La pyramide est située sur une surface bleue et est bleue en bas, blanche au milieu et rouge en haut. Micrographie couleur à force atomique d’une pyramide de dioxyde de silicium recouverte d’une seule couche de diséléniure de tungstène. La ligne verte est un histogramme de la distribution des excitons et la flèche rouge montre son chemin depuis le bas de la pyramide. Les couleurs du toit et de la pyramide indiquent l’élévation à cet endroit. (Image : Laboratoire d’excitons et de photonique et Laboratoire de théorie quantique, Université du Michigan)
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    recherche

    « La nature utilise des excitons dans la photosynthèse. Nous utilisons des excitons dans les écrans OLED, certaines LED et les cellules solaires », a déclaré Parag Deutari, co-auteur de l’étude, dans la revue. ACS Nano (« Amélioration du transport par dérive des excitons grâce à la suppression de la diffusion dans des guides unidimensionnels. ») Superviseur des travaux expérimentaux et professeur agrégé de génie électrique et informatique. « Être capable de déplacer les excitons là où nous le souhaitons nous aidera à améliorer l’efficacité des appareils qui utilisent déjà des excitons et à élargir la portée des excitons en informatique. »

    Un exciton peut être considéré comme une particule (et donc une quasi-particule), mais il s’agit en réalité d’un électron lié à un espace vide chargé positivement dans le réseau de la matière (« un trou »). Étant donné qu’un exciton n’a pas de charge électrique nette, les excitons en mouvement ne sont pas affectés par la capacité parasite, qui est une interaction électrique entre les composants adjacents d’un dispositif provoquant une perte d’énergie. Les excitons sont également faciles à convertir vers et depuis la lumière, ce qui ouvre la voie à des ordinateurs très rapides et efficaces utilisant une combinaison d’optiques et d’excitons plutôt que d’électronique.

    Cette combinaison pourrait contribuer à permettre l’informatique quantique à température ambiante, a déclaré Makelo Kira, co-auteur de l’étude et professeur de génie électrique et informatique. Les excitons peuvent coder des informations quantiques et peuvent les conserver plus longtemps que les électrons à l’intérieur des semi-conducteurs. Mais ce temps se mesure toujours en picosecondes (10-1 2 secondes) au mieux, alors Kira et d’autres ont découvert comment utiliser les impulsions laser femtoseconde (10-15 secondes) pour traiter les informations.

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    « Les applications de l’information quantique complète restent un défi car la dégradation de l’information quantique est trop rapide pour l’électronique ordinaire », a-t-il déclaré. « Nous explorons actuellement l’électronique à ondes lumineuses comme moyen d’augmenter la puissance des excitons avec des capacités de traitement très rapides. »

    Cependant, l’absence de charge nette rend très difficile le transport des excitons. Auparavant, Diotari avait mené une étude qui faisait passer des excitons à travers un semi-conducteur à l’aide d’ondes sonores. Désormais, la structure hiérarchique permet une transmission plus précise d’un petit nombre d’excitons, confinés à une seule dimension comme un fil.

    Cela fonctionne comme ceci :

    L’équipe a utilisé un laser pour créer un nuage d’excitons dans le coin de la base de la pyramide, provoquant le rebond des électrons de la bande de valence du semi-conducteur vers la bande de conduction, mais les électrons chargés négativement étaient toujours attirés vers les trous chargés positivement restant dans la pyramide. . Bande de Valence. Le semi-conducteur est une seule couche de semi-conducteur au diséléniure de tungstène, d’une épaisseur de seulement trois atomes, drapée sur la pyramide comme un tissu extensible. L’étirement des semi-conducteurs modifie le paysage énergétique rencontré par les excitons.

    Il semble contre-intuitif que les excitons s’élèvent jusqu’au bord de la pyramide et s’installent au sommet lorsque l’on imagine un paysage énergétique régi principalement par la gravité. Au lieu de cela, le paysage est régi par la distance entre les bandes de valence et de conduction du semi-conducteur. L’écart énergétique entre les deux, également connu sous le nom de bande interdite du semi-conducteur, diminue à mesure que le semi-conducteur s’étire. Les excitons migrent vers l’état d’énergie le plus bas, se dirigent vers le bord de la pyramide où ils montent ensuite jusqu’à son sommet.

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    L’équation formulée par Einstein est généralement efficace pour décrire comment un groupe de particules se propage vers l’extérieur et dérive. Cependant, le semi-conducteur était imparfait et ces imperfections servaient de pièges qui capturaient certains des excitons lorsqu’ils tentaient de dériver. Étant donné que les défauts à l’arrière du nuage d’excitons ont été comblés, ce côté de la distribution s’est étendu vers l’extérieur comme prévu. Mais l’avant-garde ne s’est pas encore étendue. La relation d’Einstein variait d’un facteur de plus de 10.

    « Nous ne disons pas qu’Einstein avait tort, mais nous avons montré que dans des cas complexes comme celui-ci, nous ne devrions pas utiliser sa relation pour prédire le mouvement des excitons issus de la diffusion », a déclaré Matthias Florian, co-premier auteur de l’article. Chercheur et chercheur en génie électrique et informatique, travaillant sous la supervision de Kira.

    Pour mesurer les deux directement, l’équipe devait détecter des photons uniques, émis lorsque des électrons liés et des trous se combinent spontanément. À l’aide de mesures de temps de vol, ils ont également détecté la source des photons avec suffisamment de précision pour mesurer la répartition des excitons dans le nuage.

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