Czy nowy koronawirus powstał z krzyżówki z wirusem HIV?

Ostatnio media ekscytują się doniesieniem z Indii, że sekwencja genów nowego koronawirusa z Wuhanu wykazuje podobieństwo do wirusa HIV, a ponieważ wirusy nie mogły się połączyć naturalnie, to ktoś musiał go sztucznie zrobić. Przeanalizowałem jednak źródłową publikację i nie był bym tego taki pewny.
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.01.30.927871v1.full.pdf

Omówmy na początek czego dotyczyła analiza - badano gen odpowiedzialny za tak zwane białko S, czyli "spike protein", będące tą częścią otoczki wirusa, która przyczepia się do komórki gospodarza. Tworzy ono na zewnątrz wirusa otoczkę grubych wypustek, które na zdjęciach mikroskopowych układają się w jakby koronkę. Stąd nazwa Koronawirus. Jego dokładny kształt i sekwencja decydują o tym, jaki gatunek zwierzęcia będzie łatwo zarażany a jaki trudno. Wcześniejsze analizy pokazały, że w przypadku wirusa z Wuhanu dopasowanie jest wysokie, co przekłada się na dobrą zakaźność i osiąganie wysokiej wiremii (stężenia cząstek wirusa w ustroju i wydalanych wydzielinach, którymi zarażają się kolejni).
Wiele wersji genomu wirusa zostało opublikowanych w naukowych bazach danych, daje więc to możliwość sprawdzania podobieństw do innych wirusów i opracowania ewentualnych źródeł, czy śladów transferu genów. Stąd biorące się już podejrzenia niektórych badaczy, że nowy wirus to mieszanka szczepów nietoperzych, wężych i może nawet ptasich, bo do receptorów komórkowych tych zwierząt też w pewnym stopniu pasuje końcówka proteiny.

Podobną analizę przedstawiono w tej pracy, tylko tutaj wykonano porównanie z innymi wirusami ludzkimi, nawet niespokrewnionymi z koronowirusami. Przetłumaczono geny wirusów na aminokwasy, które kodują, i które są podczas sczytywania kodu łączone w ostateczne białko (trzy kwasy nukleinowe kodują jeden aminokwas białka). Odsiano ze znanych sekwencji fragmenty identyczne ze znanymi koronawirusami (czyli 75-90% genomu, bo takie było podobieństwo z wirusem SARS) i przeanalizowano tylko sekwencje unikalne dla nowego wirusa.W sumie znaleziono cztery sekwencje aminokwasów, które były wspólne dla wszystkich wtedy dostępnych genomów wirusa z Wuhanu i nie pojawiały się w pozostałych koronawirusach. 

Następnie na różne sposoby porównywano te fragmenty z zapisanymi w naukowych bazach danych o genach wirusów ludzkich i znaleziono je całe lub przedzielone krótkimi odstępami w danych na temat trzech szczepów wirusa HIV.  Trzy fragmenty pasowały do białka  HIV1-gp120 tworzącego strukturę kapsydu a jeden do białka HIV1-gag odpowiedzialnego między innymi za interakcję wirusa z błoną infekowanej komórki.

Idąc dalej autorzy twierdzą, że mało jest prawdopodobne, aby był to zbieg okoliczności, bo może krótkie fragmenty białek mogłyby przypadkiem się zgadzać, to niemożliwe jest aby cztery fragmenty jednego wirusa pasowały do czterech fragmentów drugiego ale tego samego wirusa. Na dodatek stwierdzają, że fragmenty te wykazują podobne specyficzne cechy umożliwiające lepsze wiązanie z komórką gospodarza. Zwierają głównie aminokwasy mające w warunkach ustroju dodatni ładunek, które mogą silniej oddziaływać z błoną komórkową zawierającą fosfolipidy o ładunku ujemnym i to też nie może być przypadek, że akurat te fragmenty wykazują takie cechy. Zaś w modelowaniu kształtu białka wirusowego te cztery wstawki znajdują się na zewnętrznych częściach cząsteczki, pełniących rolę w oddziaływaniach z komórką gospodarza.

Konkludują, że wyniki te wskazują na niekonwencjonalną ewolucję wirusa.

Wniosku, że wirusa ktoś stworzył, jawnie w pracy nie przedstawiają, to już sobie dośpiewali dziennikarze.

Problemy
Nie jestem może w tym zakresie specjalistą, ale widzę tu trochę problemów do wyłapania dla każdego, kto poczytał sobie kiedyś trochę prac naukowych. Zacznijmy od drobniejszych, związanych z logiką wywodu. A może w zasadzie od braku dobrego wywodu.

* Dlaczego to nie może być zbieg okoliczności? - Bo to mało prawdopodobne... Czyli właściwie jakie jest to prawdopodobieństwo? Tego autorzy nawet nie próbują szacować. Stwierdzają to jakby szło o coś oczywistego.

* Faktem mającym wspierać pełnienie w białku podobnej funkcji tych sekwencji ma być ilość dodatnio naładowanych aminokwasów, która w sekwencjach wirusa z Wuhanu i HIV jest taka sama. Sęk w tym, że nie jest to nowy fakt. W zasadzie wyliczenie jaki jest stosunek ilości aminokwasów dodatnich, obojętnych i ujemnych w tych sekwencjach, co zajmuje trochę miejsca w tabelach, ja bym nazwał nieco bardziej skomplikowaną wersją stwierdzenia, że te sekwencje są identyczne.
Oni najpierw stwierdzili, że sekwencje zawierają te same aminokwasy, a potem wyliczają że... zawierają te same aminokwasy w takiej samej ilości. Nie dość, że stwierdziliśmy, że sekwencja ABAADAAB wirusa X jest taka sama jak sekwencja ABAADAAB wirusa Y, to jeszcze w dodatku stwierdziliśmy, że sekwencja ta w wirusie X zawiera  5 A, 2B i 1D a w wirusie Y 5 A, 2B i 1D i to drugi fakt, który wspiera nasze wnioski!

* Czy nie może to być efekt konwergencji? - W wyniku podobnych warunków reprodukcyjnych ewolucja może doprowadzać do podobnych rozwiązań u niespokrewnionych organizmów. Jeśli dodatnio naładowane aminokwasy polepszają wiązanie białka wirusa z błoną komórki, to ewolucja powinna promować szczepy zawierające na odsłoniętych fragmentach białka większe zagęszczenie takich właśnie aminokwasów.
Zmniejsza to liczbę możliwych kombinacji aminokwasów (same ujemne aminokwasy i ich zagęszczenia będą eliminowane) i zwiększa szansę, że może to być jednak zbieg okoliczności. W zasadzie można by to zbadać, patrząc czy fragmenty białka odpowiadające tym właśnie miejscom w Spike Protein SARS też mają takie zagęszczenie dodatnich aminokwasów, mimo innej sekwencji. Wiemy, że SARS całkiem nieźle zarażał ludzi, więc w jakiś sposób musiał także być dostosowany do wiązania z komórkami.

Główny problem jest bardziej podstawowy. Chodzi tu mianowicie o to jakie właściwie sekwencje wykazały identyczność. Otóż fragmenty białek identyczne w obu wirusach są cholernie krótkie. Mówimy tu o białkach mających po kilka tysięcy połączonych aminokwasów. Autorzy znaleźli identyczne fragmenty o długości 6-12 aminokwasów...
Oto te kawałki (litery to oznaczenia aminokwasów:
1. CoV - TNGTKR  HIV - TNGTKR
2. CoV - HKNNKS  HIV - HKNNKS
3. CoV - RSYLTPGDSSSG  HIV - RTYLFNETRGNSSSG
4. CoV - QTNSPRRA  HIV - QTNSSILMQRSNFKGPRRA

W niektórych przypadkach identyczne są fragmenty przedzielone innymi aminokwasami, oraz z niektórymi podmienionymi na inne o podobnej polarności. Ciężko tu mówić o 100% identyczności. Jeśli więc mamy cztery kawałki tak małej długości, o nie do końca spełnionej identyczności, z możliwym wpływem konwergencji, to pytanie o to jakie dokładnie jest prawdopodobieństwo przypadkowego zajścia takiej zbieżności, staje się kluczowe. Ale właśnie tego autorzy pracy nawet nie szacowali.

W dodatku używając tej samej bazy danych, z której korzystali autorzy można zauważyć, że sekwencje te nie są specyficzne dla wirusa HIV. Tu jedna z tych sekwencji:
https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?CMD=Get&RID=394BN2KE016
Występuje w trzech szczepach koronawirusa z Wuhanu oraz dziesięciu szczepach wirusa HIV. Oraz w białku kapsydu szczurzego astrowirusa. Oraz w kilku szczepach bakterii Streptococcus. Oraz w bakteriofagu Mycobacterium. Oraz w bakteriach z rodzajów Escherichia i Yersinia... Wszystkich wyników w bazie jest ponad dwieście.Wśród wyników są też białka kapsydu nietoperzych koronawirusów co oznacza, że zgodnie z metodologią autorów ta sekwencja powinna się w pracy w ogóle nie znaleźć, bo mieli badać tylko unikalne dla wirusa z Wuhanu.

Ogółem: autorzy chyba się bardzo spieszyli, więc wyciągali wnioski za szybko, bez postarania się o dobry wywód i z nadmiernym skupieniem na sensacyjnie brzmiących wynikach. Można to zresztą ocenić dużo gorzej ale nie wiem jak jest, nie znam ich, nie wiem czy są tacy cyniczni aby wypuścić wiarygodnie z pozoru wyglądającą fałszywkę.

1926 - Trąba powietrzna nad Lublinem

To kolejny przykład pokazujący, że przeszukanie jeszcze raz źródeł może z czasem dać nietypowe rezultaty. Na temat tego przypadku miałem niezbyt precyzyjne informacje - ot krótkie doniesienie o burzy i trąbie, która zerwała dachówki na przedmieściach, bez doprecyzowania co konkretnie się wydarzyło. W zasadzie obstawiałem w tym przypadku raczej wichurę, którą ktoś sobie nazwał trąbą.

Teraz jednak znalazłem dokładniejszy opis, który nie pozostawiał wątpliwości:

"(...) O godz. 5 m. 15 po południu, dyżurujący strażak na Bramie Krakowskiej spostrzegł, że w kierunku folw. Lemszczyzna koło Lublina fruwają dachy w powietrzu. Ponieważ w mieście burzy nie było, meldunek ten przyjęto z powątpiewaniem. Jednakże w półtorej minuty później straż otrzymała telefoniczną wiadomość z folwarku Lemszczyzna, że olbrzymia i groźna trąba powietrzna przeciągnęła nad zabudowaniami folwarcznymi, zrywając dachy i obalając olbrzymią stodołę, pod gruzami której było kilkunastu robotników, zatrudnionych przy młoceniu zboża. (...)
Od strony pola, w kierunku ulicy Lubartowaskiej przeciągnęła potężna trąba powietrzna, druzgocąca wszystko co stanęło na jej drodze. Natrafiwszy na wielki stóg siana zagarnęła go i rozniosła na strzępy. Następnie zawadziła o dach nad czworakiem dworskim, zrywając ciężką dachówkę i rozrzucając po polach na dalekie odległości.
Obaliła po drodze kilka drzew i wysoki parkan, wpadła w środek folwarku i obróciła w gruzy olbrzymią stodołę, wykręcając poszczególne jej drewniane części w dziwaczne kształty.
 W stodole znajdowało się wówczas około 20-tu osób, zajętych młoceniem zboża, które zostały przywalone ciężarem rozbitej budowli, dzięki jednak nagromadzeniu dużej ilości słomy cudem uniknęły one śmierci. Pod gruzami znalazł się również motor Tordzona, młocarnia i inne narzędzia rolnicze, które zostały mocno uszkodzone.
Stojący obok sąsiedni budynek gospodarczy z niezmierną siłą z jednej strony został podniesiony, poczem osiadł na swojem miejscu.
Z jednopiętrowego murowanego domu trąba zerwała dach, rozsypując dachówkę aż na ulicę Probostwo. Za domem mieszkalnym administratorki majątku, p. Materskiej, który został niewytłumaczonym sposobem  nietknięty, wyrwała trąba orzech i złamała jak zapałkę wielowiekową lipę.
Następnie przeszła polem do składu drewna przy ul. Probostwo, rozerwała na części dach nad szopą i rozrzuciła kilka stosów drewna budulcowego, przenosząc je na sąsiednie podwórza.
Przygodni widzowie określają przelot trąby powietrznej jako słup dymu, względnie kurzu. Zasypani przez walącą się stodołę robotnicy zostali szczęśliwie przez strażaków wydobyci. Dwie osoby tylko (dziewczynka i mężczyzna) odniosły poważniejsze obrażenia cielesne.

[Dziennik Kujawski, Inowrocław, środa 1 września 1926, BMINO]
Do zdarzenia dojść miało w "miniony piątek" czyli 27 sierpnia.

Folwark Lemszczyzna, to dziś ścisłe centrum miasta, tereny rozciągały się między dzisiejszym Placem Zamkowym a szpitalem przy ulicy Biernackiego, zaś pola należące do folwarku ciągnęły się daleko na północ. Pozostaje tylko ustalić dokładną lokalizację zniszczeń. Folwark Lemszczyzna zajmował teren przy dzisiejszej ulicy Probostwo (parcele 25-27). Z całego zespołu zabudowań dziś zachowała się tylko suszarnia chmielu przy ul. Biernackiego 22. Czworaki mogły być powiązane z zespołem dworskim Kleniewskich (niezachowany), chyba jeden z nich zachował się jeszcze na dawnym Wiktorynie. Tereny przy Lubartowskiej były już wtedy trochę zabudowane. Jeśli nie było szkód ani przy kościele Mariawitów, ani w rejonie placu targowego, a koło folwarku uszkodziło tylko trzy domy mieszkalne, to wir musiał być wąski (kilka metrów) i przejść dość szczęśliwie z kierunku NNE do SSW, oraz zaniknąć w dolinie Czechówki, bo o szkodach na Wieniawie już nie było doniesień.

Wygląda na to, że Lublin ma wyjątkowe "szczęście" do trąb powietrznych. Jeśli prawdziwe byłoby doniesienie z roku 1865, gdy trąba miała zrywać dachy we wsi Dziesiąta, to licząc zdarzenia z 1926, 1931 i 1996 byłyby to cztery trąby powietrzne w ciągu niecałych 150 lat. Jak na kraj, w którym zdarza się ich tylko kilka rocznie, to spore zagęszczenie.

Co porwał lodowiec

Trochę się już oswoiliśmy z wiedzą o tym, że większość piasków, żwirów glin i kamieni na sporej części kraju, to pozostałość po lodowcach sprzed tysięcy lat. Wielkie masy lodu, nagromadzone w górach Skandynawii, spełzywały dookoła i prąc z ogromną siłą przeorały niziny u podstawy i wypchnęły na wielką odległość przemielone osady i kawały skał, zasypując wszystko grubą warstwą. Przy okazji wyryły w lądzie misę, wypełnioną ostatecznie przez Morze Bałtyckie. Do dziś w wielu regionach odnajdujemy eratyki, ocalałe z glacjalnego młyna kawałki skał granitowych czy gnejsowych hen z gór Szwecji i Norwegii. Niektóre są nawet całkiem spore - największy w naszym kraju to prawdopodobnie Trygław, na Pomorzu, o wymiarach 16/11 m i wystający jeszcze trzy metry nad ziemię.

W północnej Europie największym głazem narzutowym jest zapewne Kukkarokivi z Finlandii, wystający z wód zatoki opodal Turku, o wymiarach 27/17 m i wysokości jeszcze 12 metrów.

A jakie są największe skały, przetransportowane przez lodowiec w jednym kawałku? Tak duże, że w zasadzie nie mówi się już wtedy o kamieniach.

Kry lodowcowe, nazywane też porwakami, to olbrzymich rozmiarów odłamy skał osadowych, najczęściej częściowo lub całkowicie zagrzebane w osadach polodowcowych. W literaturze anglojęzycznej nie odróżnia się ich specjalnie od małych głazów, jedynie z racji rozmiarów są nazywane magablokami.
Taka zachowująca integralność kra może osiągać rozmiary setek metrów a nawet kilometrów. W niektórych przypadkach takie odłamy stają się miejscem eksploatacji, będąc jedynymi w okolicy kopalinami innymi niż piasek i glina.  Ich powstawanie wiąże się z kilkoma możliwymi mechanizmami - może to być płat podłoża lodowca, który przymarzł do samego lodu i został przeciągnięty aż do miejsca właściwego. Inna opcja, to blok skał, które znalazły się na drodze lądolodu i zostały przez wielkie siły oderwane. Często luźniejsze osady przybierają w miejscu moreny czołowej formę nasuwających się na siebie, ukośnych łusek. Jedna z nich może zostać wypchnięta po płaszczyźnie poślizgu na wierzch i być transportowana dalej.

Jednym z najbardziej znanych i często wspominanych w światowej literaturze przypadków, jest Kra Łukowska. To płat morskich iłów pochodzących z epoki Jurajskiej, około 165 mln lat temu, o grubości ponad 20 metrów, położony płytko pod piaskiem na przedmieściach Łukowa, w związku z lokalną kulminacją moreny dennej. Osady te zostały przywleczone prawdopodobnie jako wyrwany płat wiecznej zmarzliny, pochodzący z wybrzeża Litwy koło Kłajpedy, a zatem pokonały ponad 300 kilometrów.
Odkryte w XIX wieku złoże przez długi czas było wykorzystywane przez cegielnie i dopiero w latach 20. zorientowano się, że nie jest to zwykła glina narzutowa.
Kra ma formę kilku kawałków osadzonych w młodszych osadach. Fragment w okolicach wsi Gołaszyn ma formę prostokątnej płyty, o wymiarach około 1500/600 m i grubość do 28 m. Mniejsze, kilkusetmetrowe fragmenty, znaleziono w okolicach Zimnej Wody. Eksploatacja na potrzeby cegielni dotyczyła fragmentu w rejonie Łapiguz, o średnicy 600 metrów i grubości do 12 metrów. Opisano i potwierdzono wierceniami 12 fragmentów, może być ich zresztą jeszcze więcej, ale tu potrzebne by były dokładniejsze badania na większej powierzchni. Ciemne iły jurajskie znajdowano podczas głębszych wykopów także w obrębie samego Łukowa.
 Teren nad największą krą, gdzie warstwa nadkładu jest najcieńsza, objęto ochroną rezerwatową, aby zapobiec odkrywkom i wykopom.

Powodem, dzięki któremu przypadek ten stał się znany, są skamieliny. Iły gromadziły się na dnie płytkiego, jurajskiego morza, zagrzebując w sobie szczątki drobnych organizmów. W późniejszym czasie stężony roztwór wapienia w porach osadu zaczął krystalizować wokół twardych kawałków, formując konkrecje kuliste, nieraz słusznych rozmiarów, zachowujące wewnątrz idealnie zabezpieczone jądro ze skamieliną. A tymi skamielinami były najczęściej amonity.
Podczas pracy cegielni odnajdywano tutaj okazy amonitów o średnicy nawet pół metra. Wiele zachowało jeszcze oryginalną muszlę, częściowo nasyconą związkami żelaza i manganu, i o pięknym, perłowym blasku. Niestety w latach 50. mało kto przejmował się tymi znaleziskami. Utworzono tu państwowy zakład, w którym kamienie z muszlami traktowano jako odpad, przeszkadzający w wydobyciu. Mówiło się o tym, że największe skamieliny są bez informowania geologów mielone i dodawane do masy na cegły, żeby nie było kłopotu.

Blok jasnego piaskowca w osadach nad Old Man River, Kanada

Znanych jest jeszcze wiele innych porwaków, zawierających inny rodzaj skał. W krze kredowej zostawionej na wyspie Wolin powstał kamieniołom, w którym dziś znajduje się Jezioro Turkusowe. Podobna sytuacja dotyczy leżącego koło Szczecina Jeziora Szmaragdowego, gdzie kopalnia przebiła się przez całą grubość 50-metrowego porwaka margli, aż z uwodnionych piasków pod spodem trysnęła woda, gwałtownie zalewając wyrobisko.
Dużą krę lodowcową rozpoznano w rejonie Edmonton, w Kanadzie, znana jest jako megablok Cooking Lake, gdzie 10-metrowej grubości warstwa skały zajmuje obszar 10 kilometrów kwadratowych. Gigantyczną krę lodowcową znaleziono w rejonie Saskatchewan, w pobliżu doliny Qu'Apelle, koło miasta Esterhazy. Jest to blok iłów o pochyleniu warstw pod kątem 30 stopni, leżący na krystalicznym podłożu i nakryty moreną. Odsłania się w dolinach rzek i na odcinku przecinającym warstwę, bardzo łatwo ulega osuwiskom.
Kra Esterhazy ma grubość od 50 do 100 metrów, i rozciąga się na przestrzeni 1000 km2.

Dlaczego wulkan wybucha?

Proste pytanie i nieco bardziej skomplikowana odpowiedź.

   Ziemia jest czasem porównywana do jabłka - ma w środku jądro, dalej płaszcz rozgrzanej materii stanowiący większość objętości, a na wierzchu cienką skórkę skał, budujących powierzchnię. Skorupka ta ma zależnie od miejsca od 5 do 40 km grubości, punktowo pod dużymi masywami górskimi więcej, co w porównaniu ze średnicą planety wynoszącą ponad 5 tysięcy kilometrów, nie jest zbyt dużą wartością. Lubimy sobie także wyobrażać, że to co znajduje się pod tą skorupką to już od razu płynna lawa, na której pływają kontynenty. A wulkany to po prostu otwory, przez które wylewa się lawa, potem zastyga, tworzy wokół małą górkę i voila, mamy wulkan.
   No dobrze, pójdźmy w stronę tego wyobrażenia. Wyobraźmy sobie kontynent jako tratwę na morzu. Wywierćmy w niej dziurę. Woda zacznie się wlewać. Jak wysoko dotrze? Raczej nie utworzy małej fontanny, jak to się rysuje w kreskówkach. Może wypływać tylko pod takim ciśnieniem, jakie panuje na głębokości, na jakiej zaczyna się na dnie otwór, w związku z czym strumień może dotrzeć tylko do wysokości, na jakiej znajduje się lustro wody. To w zasadzie inna wersja prawa naczyń połączonych. Jeśli to nie łódź, w której pustą objętość utrzymuje cienki kadłub, tylko tratwa z materiału lżejszego od wody, który pływa dzięki wyporowi samego siebie, to woda może przez otwór wcale nie wpływać, bo górna krawędź otworu kończy się nad lustrem wody.

   Odnieśmy to teraz do planety - kontynenty, które "pływają" na powierzchni, mają średnią gęstość 2,7-2,8 g/cm3, płaszcz pod spodem ma gęstość 3,0-3,1 g/cm3. Zachowują się więc jak korek, i powierzchnia lądów znajduje się powyżej linii równowagi hydrostatycznej płaszcza. Jeśli na lądach dany obszar jest złożony z gęstszych skał i wznosi się bardziej w górę, to pod spodem musi być mocniej wciśnięty w podłoże, jak góra lodowa, która tym głębiej sięga im wyższy jest jej wierzchołek. Zmiany obciążenia danego obszaru, czy to związane z szybką erozją, zmianami rozmieszczenia wód czy topnieniem lodowców, powodują więc odpowiednie wciskanie lub wypiętrzanie lądów, co obserwujemy choćby w Skandynawii, która wciąż jeszcze wypiętrza się po epoce lodowcowej, a w wielu miejscach w odległości kilku kilometrów od morza znajdujemy pozostałości średniowiecznych portów.

 Skoro tak, to wszelkie otwory w skorupie powinny się łatwo zasklepiać, bo magma dojdzie tylko do wysokości równowagowej.

   Z tym wyobrażeniem jest jeszcze drugi problem - płaszcz ziemski, ten pod skorupą, jest nie za bardzo płynny. Co prawda panują tam temperatury rzędu 1000-1200 st. C ale też bardzo wysokie ciśnienie, więc w zasadzie wykazuje sporo własności ciała stałego, między innymi przewodzi poprzeczne fale sejsmiczne. W fali takiej ośrodek podlega ruchom na boki względem kierunku rozchodzenia się fali. Aby po wychyleniu w jedną stronę przez działanie mechaniczne, materiał odpowiedział przez powrót do wcześniejszego położenia, musi on przenosić naprężenia ścinające. A to jest właśnie podstawowa różnica między cieczami a ciałami stałymi. Poprzeczny charakter mają fale na powierzchni wody, gdzie rolę siły przywracającej wodę do pierwotnego położenia pełni grawitacja, jednak w głębi morza nie mogą być przenoszone.
   Skoro więc płaszcz tuż pod skorupą ziemską przenosi fale poprzeczne, to powinien być on ciałem stałym. Z drugiej jednak strony są pewne cechy ruchów tektonicznych, które wskazują na własności płynów, jak choćby wspomniana izostazja. Uznaje się więc, że skały płaszcza choć są ciałem stałym, posiadają dużą plastyczność, czyli pod wpływem stale działającej siły mogą się odkształcać i "przepływać". Z bliższych nam przykładów plastycznym ciałem stałym jest choćby plastelina - jeśli przyłożymy do niej odpowiednią siłę i poczekamy, to zostanie wyciśnięta do miejsca, w którym siła nie działa.

Pofałdowane skały metamorficzne - świadectwo ich plastyczności

   Stosunkowo znanym przypadkiem ciała "w zasadzie stałego ale jednak trochę płynnego" jest pak węglowy, o konsystencji asfaltu drogowego, i zresztą często będący do niego domieszką. Uderzony młotkiem kruszy się na fragmenty o szklistym przełomie. Jednak bryłka pozostawiona w spokojnym miejscu stopniowo deformuje się pod wpływem sił wywoływanych własnym ciężarem i zaczyna się rozpływać. Pokazano to  w doświadczeniu rozpoczętym w 1927 roku w Australii przez Thomasa Parnella, w którym próbka paku umieszczona w lejku zaczęła po upływie kilku lat spływać i formować krople. Uformowanie i oderwanie jednej zajmuje mu średnio 8 lat.
   Podobnie rzecz się ma ze skałami - względnie plastyczny jest choćby lód, który w grubej warstwie spływa od miejsca nagromadzenia jako lodowiec. Całkiem niezłą plastycznością przy wysokich ciśnieniach wykazuje się też sól kamienna, która może być dosłownie wyciskana ze złóż, w miejscach lokalnego osłabienia skał formując kolumny podchodzące pod powierzchnię ziemi.

   Miarą mogącą służyć do oceny stopnia plastyczności i "płynności" materiałów, jest lepkość, czyli opór wykazywany przeciwko sile poruszającej porcje cieczy względem innych (tarcie wewnętrzne). Podaje się ją zwykle w jednostkach paskal*sekunda. Dla gazów są to wartości rzędu mikro Pa s, woda ma 0,8 mPa s; ciecze oleiste mają lepkość rzędu kilkudziesięciu milijednostek; ciecze "syropowate" rzędu kilkuset mili- do jednej jednostki (np. Gliceryna ok. 0,93 Pa s). Miody mają zwykle lepkość 2-10 Pa s. Z gęstych, dających duży opór cieczy, smoła węglowa ma lepkość rzędu 10⁷ Pa·s , a wspomniany wcześniej pak węglowy jeszcze większą 10¹¹ Pa s.
   W porównaniu z tymi substancjami skały płaszcza ziemskiego są dużo bardziej sztywne - lepkość najpłytszych warstw płaszcza, astenosfery, oszacowana na podstawie szybkości ruchów izostatycznych, wynosi 3 × 10¹⁸ Pa s [p].

   No dobra. Skoro pod lądami nie ma płynnego materiału, a jednak jest on wyrzucany przez wulkany, i to pod całkiem sporym ciśnieniem, to skąd on się bierze? Jest wytwarzany dopiero pod wulkanami, w ogniskach magmowych.
   Ogniska magmowe formują się w trzech zasadniczych sytuacjach, wszystkie one mają związek z podejściem wysokiej temperatury do skał skorupy: gdy skorupa jest wciskana w głąb ziemi w strefach subdukcji i zaczyna się topić, gdy skorupa zaczyna się topić w obszarze ryftowym, oraz gdy pod skorupę podpływa strumień związany z pióropuszem gorąca.
   W związku z ruchem kontynentów powstają obszary subdukcji, w których ze zderzających się płyt jedna z nich, zwykle ta oceaniczna, jest wpychana pod drugą i stopniowo zanurza się w dużo gorętszym materiale płaszcza, który plastyczności powoli ustępuje, jak masło pod nożem. Może się zagłębić na znaczną głębokość - najgłębsze trzęsienia ziemi, powstałe w pękającej pod wpływem naprężeń wepchniętej wgłąb skorupie, sięgają do 600 km pod powierzchnię.
   Temperatura topnienia skał skorupy jest niższa, niż temperatura panująca głębiej w płaszczu. Ułatwiają to minerały działające jak topniki, w tym sól kamienna i wapienie, oraz woda na różne sposoby związana w skałach. Dodatkowe substancje powodują, że nawet plastyczna skała płaszcza zaczyna się upłynniać. W efekcie pojawia się przestrzeń wypełniona płynną magmą. Ta zwykle ma gęstość wyraźnie niższą od skał płaszcza (ok. 2,8-2,1 g cm3) toteż zaczyna unosić się w stronę powierzchni.

   Na granicy między płaszczem a skorupą magma natrafia na opór, gromadzi się więc w wytapianej stopniowo komorze magmowej. Wypychana siłą wyporu zaczyna też unosić skorupę ziemską i próbować wciskać się w różne szczeliny. Większość materiału kończy ostatecznie jako dajka lub lakkolit, wypełnienie wciśnięte w jakąś osłabioną partię skał, które zdołało rozepchnąć lub wytopić trochę przestrzeni, ale ostatecznie pozostaje w całości pod ziemią. Czasem jednak taka dajka dochodzi na tyle płytko, że wydostaje się na powierzchnię.

   Druga sytuacja to wytapianie skał w strefie ryftowej. Wiąże się to z ruchami konwekcyjnymi w płaszczu, które zresztą napędzają ruch kontynentu. Może to być trudne do wyobrażenia, ale opisana wcześniej plastyczna skała, złożona głównie z oliwinu, spinelu i perowskitu żelazowego, podlega konwekcji - porcje nagrzanie bliżej półpłynnego jądra unoszą się do góry, za sprawą niższej gęstości. W pewnych więc miejscach następuje ruch opadający i skały płaszcza mieszają się. Następuje to oczywiście niezwykle powoli, pod wpływem ustępowania w wyniku niezbyt dużej, ale działającej miliony lat siły. Ruch ten przenosi się na kontynenty, sterując ich ruchami.
   Tam, gdzie następuje unoszenie i rozchodzenie się na boki strumieni, skorupa podlega rozciąganiu aż do pęknięcia. Równocześnie w tych miejscach dużo płycej pod powierzchnię podchodzi gorętsza niż zazwyczaj skała płaszcza. W strefie wzdłuż pęknięcia następuje przetopienie materiału, wynikające głównie ze spadku ciśnienia, które utrzymywało w formie stałej bardzo gorące minerały. Trochę do efektów dorzuca wpływ wody infiltrującej uskoki. Powstająca magma wypełnia pęknięcie, tworząc nową porcję skorupy oceanicznej. Tym sposobem oceany rozszerzają się.

   Gdy taka szczelina przechodzi przez kontynent, powstaje dolina ryftowa, otoczona wianuszkiem wulkanów, rozwijających się, gdy magma powstała pod ryftem wydostaje się przez towarzyszące mu uskoki. W pobliżu afrykańskiej doliny ryftowej znajdują się tak znane wulkany, jak Kilimandżaro, Mt. Kenia czy ciągle aktywny Erta Ale, znany z trwałego jeziora lawowego.

    Trzecia okazja do wytopienia magmy, to gorący punkt, powstający prawdopodobnie w wyniku dotarcia płytko pióropusza płaszcza. Jest to twór, jaki miałby tworzyć się głęboko w płaszczu, możliwe nawet, że w pobliżu jądra, i unosić się ku powierzchni jako skoncentrowany strumień o mniejszej lepkości i wyższej temperaturze. Jego uderzenie wybrzusza skorupę ziemską, oraz podgrzewa do wyższych niż zazwyczaj temperatur. Powstaje magma zawierająca stosunkowo sporo komponentów z warstw głębokich, może też z samego pióropusza.

   Wulkany związane z pióropuszami płaszcza mogą pojawić się pośrodku płyt, najwyraźniejszym przypadkiem są wulkany Hawajów. Obserwuje się tam charakterystyczny efekt nieruchomości pióropusza - wyspy wraz z płytą oceaniczną poruszają się na północny-zachód, nowe wulkany formujące wyspy tworzą się w tym samym miejscu, co w ciągu milionów lat zaowocowało powstaniem długiego łańcucha wysp i gór podwodnych.
Pióropusz odpowiada też za cykliczne erupcje w rejonie Yellowstone. Dość skomplikowana sytuacja panuje na Islandii, gdzie pióropusz działa aktywnie w strefie ryftowej.

   Dobra. Odnaleźliśmy źródło magmy. Czemu więc wypływa ona na powierzchnię i ponad nią, nieraz z ładnym ciśnieniem? Jak to było wspomniane, magma zwykle jest lżejsza od skał płaszcza, jest więc wypychana ku górze. To jedna z przyczyn gromadzenia się jej w komorach w skorupie. Jest jednak jeszcze inna - magma zawiera w sobie stosunkowo dużo rozpuszczonych gazów, które podczas wędrówki w górę zaczynają się uwalniać. Gazy uwalniają się bądź pod wpływem spadku ciśnienia, bądź z powodu częściowej krystalizacji niektórych minerałów. Bąbelki rozpychają magmę, przez co jej ciśnienie jest podtrzymywane. Ruch w stronę wylotu wulkanu zaczyna więc nieco przypominać otwartą butelkę szampana - wprawdzie im wyżej, tym niższe ciśnienie hydrostatyczne, ale znaczenia nabiera ciśnienie gazów uwalnianych.
   W efekcie na powierzchni ziemi magma nie wyhamowuje, i płynie kominem aż do szczytu wulkanu, mogącego osiągać wysokość nawet pięciu-sześciu kilometrów nad poziom morza. Tu następuje pełne odgazowanie, a magma zamienia się w lawę. Spada temperatura krzepnięcia, lawa formuje wokół otworu górę, i tak oto powstaje nam wulkan.

Między wulkanami tych trzech typów pojawiają się różnice w składzie lawy i gazów erupcyjnych. Te wytworzone ze stref subdukcji, zawierają materiał skorupy poddany "recyklingowi". Głównymi gazami z ich erupcji są para wodna i dwutlenek węgla pochodzący częściowo z rozkładu termicznego wapieni, zauważalnie dużo jest chlorowodoru, powstającego zapewne z rozkładu soli kamiennej, najczęstszym typem lawy jest obojętna lub lekko kwaśna lawa andezytowa.
Wulkany związane z gorącymi plamami zawierają głównie materiał pochodzący z płaszcza, największy udział w ich gazach ma para wodna i dwutlenek siarki, dalej dwutlenek węgla, stosunkowo obficie pojawia się fluorowodór.

Czasem powstają rzadsze typy wulkanów nie zasilanych bezpośrednio magmą, ta jedynie podgrzewa płytko leżące warstwy skalne, dodając od siebie nieco gazów. Tak powstają wulkany karbonatytowe, wyrzucające z siebie stopiony węglan sodu, błotne, freatyczne typu maar, czy wreszcie gejzery.

-------
* [p] https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2008JB006077

Krąg paraheliczny

Wyszedłem dziś na chwilkę z labu na obiad. Gdy wracałem zauważyłem na niebie przeświecającą ławicę chmur cirrus, toteż swoim zwyczajem popatrzyłem w okolice słońca, aby zobaczyć, czy nie pojawiło się jakieś halo. To co zobaczyłem sprawiło, że szybko pobiegłem po aparat.
Pojawiły się nie tylko dwa słońca poboczne, ale też kompletny okrąg, równoległy do horyzontu, na wysokości słońca, z wyraźnie widocznymi nanizanymi na niego słońcami pobocznymi odległymi od słońca o 120 stopni kątowych. A to już rzadka kombinacja.

 

Zjawiska halo to różnego rodzaju efekty świetlne powstające w atmosferze wskutek odbijania się lub załamywania światła na kryształkach lodu w pewnych typach chmur. Najbardziej znane i najczęściej występujące to halo słoneczne, czyli świetlisty okrąg wokół słońca, powstający w wyniku załamania światła w wirujących, sześciokątnych kryształkach lodu. Światło przechodzące przez dwie ścianki jest załamywane pod kątem 22 stopni, toteż gdy w chmurze kryształki są ułożone przypadkowo, obserwujemy dodatkowe światło z formie okręgu wokół słońca o takim promieniu kątowym.

Jeśli część kryształków opadając w powietrzu przyjmuje jednak pewną wyróżnioną pozycję, pojawiają się bardziej skoncentrowane obszary. Sześciokątne, płaskie kryształki lodu, mają tendencję do układania się w powietrzu na płask, jeśli więc na dużej wysokości powietrze jest dostatecznie spokojne, po dwóch stronach słońca w odległości 22 stopni pojawiają się dwie plamy o średnicy nieco większej od tarczy słońca, i nieraz tak bardzo jasne, że możliwe do pomylenia ze słońcem właściwym, jeśli akurat jest zasłonięte chmurą.

To tak zwane słońca poboczne, też będące częstym zjawiskiem.

A jak powstaje krąg paraheliczny? Gdy takich opadających na płask kryształków jest dużo, zaczyna być zauważalny refleks od bocznych ścianek, ustawionych w czasie lotu pionowo. Można je więc potraktować jak fragmenty potrzaskanego lustra, które będą odbijać obraz słońca. Ponieważ nie zachowują wyróżnionej orientacji w poziomie, wszystkie ich refleksy formują okrąg na tej samej wysokości co samo słońce. Do pojawienia się pełnego kręgu trzeba więc ławicy chmur o odpowiedniej budowie kryształków, i warunków na tyle spokojnych, że kryształki w małym stopniu przekrzywiają się na boki. Rzadko ten ostatni warunek jest dobrze spełniony, zwykle więc obserwujemy jedynie fragmenty łuku w pobliżu słońc pobocznych.

W odległości kątowej 120 stopni od słońca, na krąg nanizane były jeszcze dwa jasne, nieco niebieskawe punkty świetlne. To także słońca poboczne, ale już dużo rzadsze. Powstają w sytuacji, gdy opadające i obracające się kryształki przyjmą szczególną konfigurację - światło musi wpaść przez jedną z płaskich ścianek, ulec całkowitemu wewnętrznemu odbiciu od dwóch następnych i wyjść boczną ścianką równoległą do tej pierwszej. Po takiej sekwencji odbić i załamań światło wychodzi pod kątem 120 stopni.

Aby ten typ słońca pobocznego mógł być obserwowany, muszą być spełnione nie tylko warunki bardzo spokojnej atmosfery i dużej ilości płasko opadających kryształków, ale też doskonałe uformowanie ich kształtu. Zbyt duże odchylenia od prawidłowego kształtu spowodują zmianę kąta wychodzenia promienia, przez co odbity obraz słońca rozmywa się.

Wcześniej widziałem takie słońca poboczne tylko raz. 

Wszystko to pojawiło się na niezbyt obszernej ławicy chmur, która powoli zdryfowała na wschód i po pewnym czasie zjawiska przestały być widoczne. Trafiłem na dobry moment.

Drobne rośliny kwiatowe (19.) - Oman

Oman łąkowy, łąki nad Krzną w Białej Podlaskiej

Drobna bylina łąkowa o egzotycznie brzmiącej nazwie. Dorasta do pół metra wysokości, więc w miejscach o bujnej murawie może się chować. Liście wydłużone, wraz z łodygą pokryte miękkim kutnerem. Kwiaty o średnicy około 2 cm, z dużą ilością cienkich "płatków", i o lekko miodowym zapachu. W zasadzie przypomina trochę żółtą wersję stokrotki. Zwykle lubi wilgotne łąki, rowy przydrożne i obrzeża lasów, ale widywałem go też na suchych nieużytkach.
Podobne z wyglądu oman wierzbolistny i o. wąskolistny mają łodygę nagą lub z małą ilością włosków.

Od dawna używanym surowcem był korzeń omanu. Dobrze wysuszony nabiera przyjemnego, korzennego aromatu. Był więc używany jako przyprawa, także jako składnik aromatyzujący alkohole. Korzeń gromadzi jako substancję spichrzową inulinę, wielocukier z połączonych członów fruktozowych, który nie jest łatwo trawiony przez organizm, natomiast może być wykorzystany przez bakterie jelitowe. Substancja ta, której jest w omanie do 40%, od niego zresztą wzięła nazwę (łac. Inula). Poza nią korzeń zawiera olejek eteryczny, śluzy i gorzki seskwiterpenoid heleninę. Oprócz działania probiotycznego, korzeń omanu ma działanie wykrztuśne, osłonowe i przeciwbakteryjne. Gorzka helenina miałaby dodatkowo być związkiem grzybo i pierwotniakobójczym, wzmagającym wydzielanie żółci a nawet przeciwnowotworonym - choć akurat działanie proapoptyczne wykazano jak na razie tylko w testach in vitro, co nie przekłada się wprost na leczenie.

W ogrodach bywa sadzony oman wielki, dorastający do dwóch metrów i o kwiatach do 5-7 cm średnicy, jako ozdobna duża bylina. Jego korzeń jest też wyraźnie grubszy i dłuższy, dlatego zazwyczaj to z tego gatunku się go pozyskuje i taki dostępny jest w handlu.

Mieniak

W weekend wybrałem się na dłuższy spacer po okolicy, łącznie prawie 20 km, a po drodze często zatrzymywałem się, aby przypatrzeć się jakiemuś kwiatkowi, ładnemu kadrowi krajobrazu czy obiecującemu stosowi kamieni. Zwracałem też uwagę na motyle, którym pogoda chyba całkiem służy. Aby jakoś ładnie je uchwycić na fotografii, stosowałem teleobiektyw, dzięki czemu mogłem robić zbliżenia z odległości dostatecznej, aby się nie płoszyły.
Wtedy też moją uwagę zwrócił jeden z motyli - w zasadzie dość pospolicie wyglądający, o skrzydłach z czarno-pomarańczowym wzorem:

Wystarczyła jednak bardzo niewielka zmiana punktu patrzenia, a pod pewnym określonym kątem skrzydła rozbłysły intensywnym kolorem:

Z porównania ze zdjęciami w atlasach wynika, że musiał to być mieniak strużnik, motyl dzienny dość pospolity, i dopóki się mu w odpowiednich warunkach nie przyjrzeć, niespecjalnie się wyróżniający.  Spija soki z uszkodzonych roślin, w tym też z gnijących owoców a nawet z odchodów. Jego gąsienice żerują na wierzbach i topoli.