БиоГеоБатарея

В продолжение поста "Где геофизика встречает микробиологию*"

     Голландские учёные Дэвид Стрик и Марйолейн Хелдер из университета города Вагенинген разработали технологию и устройство под названием Plant-Microbial Fuel Cell («Растительно-микробный топливный элемент»), позволяющие получать электроэнергию из обычной болотной травы.

     В результате фотосинтеза корни растений производят органический материал, 70% которого в виде сока уходит в почву. Обитающие в почве бактерии разлагают его, образуя при этом электроны. Располагая электроды у корней растений, учёные создали электростанцию, собирающую электроны вместе и вырабатывающую из них электричество. Подобная установка позволяет генерировать с площади 1 кв. м, засаженной болотными растениями, 0,4 Вт. Технология не наносит вреда окружающей среде и самим растениям, которые продолжают при этом расти. В настоящее время это пока маломощная установка, но в ближайших планах разработчиков создание более мощных систем, позволяющих получать со 100 кв. м до 2800 кВт. ч в год, то есть с одного квадратного метра до 3,2 Вт.

     Уже сейчас подобная технология в некоторых районах с тёплым климатом, где возможно круглогодичный рост травы, вполне способна конкурировать с солнечными батареями. Если учесть, что заболоченные территории и влажные луга занимают шесть процентов поверхности земли, данная технология может быть весьма перспективна, тем более что работает она не только с болотной осокой, но и с другими растениями.

      Российские исследователи также не отстают. Ученые из Краснодара высадят до конца лета 2015 года газон, который очищает от загрязнения водные стоки и генерирует электричество. Разработкой занимаются преподаватели и студенты КубГУ в рамках программы «Стратегическое развитие вуза». Они планируют высадить газон на территории вуза. «Сейчас такой газон существует только в лаборатории в цветочных горшках. Электричество, которое он вырабатывает, достаточно для работы небольшого светодиодного элемента», — рассказал преподаватель Кубанского госуниверситета кандидат биологических наук Никита Волченко. По его словам, электричество помогают вырабатывать определенные бактерии — растения своими корнями стимулируют их рост. В результате их жизнедеятельности происходит химическая реакция, которая воздействует на источник электронов, находящийся под корневой системой. Приемники-катоды находятся на поверхности и между ними возникает напряжение. Растения при этом служат своеобразным живым катализатором. «Такой газон можно будет высаживать у проездных частей дороги и он будет выполнять две функции: очищать от загрязнений водные стоки и вырабатывать маломощный ток», — добавил Н. Волченко.

 

                     Фото Владислава Шеремета

http://kuban24.tv/item/krasnodarskie-uchenyie-vyisadyat-vyirabatyivayuschiy-elektrichestvo-gazon-118810

http://www.pro-rasteniya.ru/novosti/vskore-zhivie-rasteniya-budut-virabativat-elektrichestvo

Измерения ЕП на действующем гейзере

Коллективом авторов (см. внизу) из Франции и Новой Зеландии были проведены работы на гидротермальной системе Ваймангу (Новая Зеландия), вблизи активного гейзера, извергающего на высоту до 0,7 м раствор с температурой 97 градусов Цельсия и рH 8.0-8.8. 

Рис. 1. Вид участка системы Ваймангу. Фото из ЖЖ: http://linozka.livejournal.com/36535.html

Работы геофизиков включали пассивные электрический и сейсмический методы - метод ЕП (естественного электрического поля) и регистрацию упругих волн. Меня интересуют в большей степени электрические методы, поэтому и предлагаю обсудить результаты ЕП. Ниже расположены иллюстрации, показывающие участок наблюдений и результаты ЕП во взаимосвязи с величиной наблюдаемого потока растворов из гейзера. Не смотря на низкие значения ЕП (аномалия меньше 1 мВ), нельзя не заметить отличную корреляцию графиков. Кроме того, на рисунке 3 также видно, что ЕП играет роль  краткосрочного "предвестника" поднятия горячих растворов. 

Рис. 2.  а) План положения гейзера и измерительных датчиков (электродов и геофонов) 

б) Общий вид  йодного бассейна.

Рис. 3. Соотношение величины потока растворов из гейзера и потенциала ЕП на электроде, находящемся в 30 см от фумаролы.

Рис. 4. Соотношение величины потока растворов из гейзера и потенциала ЕП на электроде, находящемся в 30 см от фумаролы в широком временном интервале.

Более подробно смотрите здесь:
Оригинал: (Self-potential and passive seismic monitoring of hydrothermal activity: A case study
at Iodine Pool, Waimangu geothermal valley, New Zealand,

A. Legaz, A. Revil, P. Rouxc, J. Vandemeulebrouck, P. Gouédard, T. Hurst, A. Bolève)
Journal of Volcanology and Geothermal Research 179 (2009) 11–18

www.andre-revil.com/publi.html - здесь можно скачать рdf статьи.

Как под землей образуется батарейка

Существует несколько видов естественных геоэлектрических полей: окислительно-восстановительного, фильтрационного, пьезоэлектрического и диффузионно-абсорбционного происхождения. Предполагается, что наиболее сильные поля первого типа. 

Электрическое поле окислительно-восстановительного происхождения возникает при разделении зарядов в ходе окисления вещества. Окисляющийся объект является гальваническим элементом, для возникновения которого необходимы: 1) контакт проводников с различными типами проводимости (электронным и ионным) и 2) различие ОВ-условий в различных местах контакта этих проводников.

В геологическом разрезе условия для образования гальванического элемента возникают на телах из минералов с электронной проводимостью (сульфиды, графит и уголь-антрацит), если эти тела находятся в водонасыщенных породах с ионной проводимостью. Изменение ОВ-условий на контакте электронного проводника и вмещающей среды связано с уменьшением содержания кислорода с глубиной.

[http://wiki.web.ru/wiki/Метод_естественного_электрического_поля_(ЕП)]

В верхней части электронного проводника складывается окислительная обстановка, а в нижней - восстановительная. Окисление вещества представляет собой уход электронов (отрицательных зарядов) из кристаллической решетки, и в верхней части тела на внешней стороне контакта накапливается отрицательный заряд, а на внутренней - положительный. На нижней стороне происходит восстановление (поглощение электронов), и на контакте с внешней стороны накапливается положительный заряд. Процесс идет непрерывно, происходит устойчивое разделение зарядов, и электрическое поле существует долгое время.

В таком случае метод естественного электрического поля (ЕП) дает отрицательную аномалию над рудным телом, это и является поисковым признаком на некоторые руды.

Интересное о природном электричестве

Электризация водопадов 

Сотни лет известны некоторые интересные свойства неба, поверхности Земли и моря, которые до недавних пор не связывались с электричеством и были необъяснимы. Что такое гроза, если стрелы Зевса или Перуна? Что такое Северное сияние? Или шаровые молнии? Или «огни святого Эльма»? Интересные и порой очень необычные факты встречаются в истории. Вот, например, мореплаватели увидели огни на море, на корабле среди ночи и приняли их за недобрый знак, или электризация жидкости при дроблении - была замечена у водопадов Швейцарии в 1 786 г. С 1913г. явление получило название баллоэлектрического эффекта.

Эффект электризации наблюдается не только у водопадов на открытой местности, но и в пещерах. Заряд воздуху у водопадов сообщают микроскопические капельки воды и молекулярные комплексы, которые при дроблении отрываются от водной поверхности и уносятся в окружающую среду. Наиболее значительный эффект электризации воздуха наблюдается у самых больших водопадов мира - Игуассу на границе Бразилии и Аргентины (высота падения воды - 190 м, ширина потока - 1 500 м) и Виктория на реке Замбези в Африке (высота падения воды - 133 м, ширина потока -1600 м). У водопада Виктория за счет дробления воды возникает электрическое поле напряженностью 25 кВ/м. При дроблении пресной воды в воздух переходит отрицательный заряд. Поэтому в воздухе у водопадов количество отрицательных ионов превышает количество положительных. У небольшого водопада Учан-Су в Крыму отношение отрицательных ионов к количеству положительных равно 6,2.

Также у берегов морей воздух приобретает положительный заряд, вследствие разбрызгивания соленой воды. На поверхности морей и океанов разбрызгивание воды начинается при скорости ветра более 10м/с, когда на волнах появляются гребешки пены. Отношение положительных зарядов к отрицательным зарядам в воздухе над Черным и Азовским морями достигает при бурном море 2,04, при зыби- 1,48.

Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 г. в районе южного седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при -30 °С и сухом ветре до 25 м/с наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено многочисленными электрическими искрами.

Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми. Обычно световые явления наблюдаются у лавин, движущихся по снежной поверхности, и не наблюдаются у лавин, проносящихся по скалам. На озерах Антарктики во время полярной ночи иногда возникает свечение при разламывании крупных масс озерного льда.

[http://n-t.ru/ri/ar/zv19.htm]

Вулканические молнии

     Электрические явления в Земной атмосфере тесно связаны с глубинными геоэлектрическими процессами. 

 [http://www.topnews.ru/photo_id_7383_11.html]

Извержение вулкана в Чили

[http://www.infuture.ru/article/8343]  автор фото Martin Rietze

Извержение вулкана в Японии

Извержение вулкана Сакурадзима в южной части Японии произошло в начале января этого года. Из-под поверхности Земли вырывается наружу расплавленная порода, стреляющая горячими светящимися шариками магмы. Однако эта фотография особенно интересна еще и яркими молниями, сверкающими возле вершины вулкана. Происхождение молний даже в обычных грозах все еще остается актуальной темой для исследований, а природа вулканических молний еще более загадочна. 

[http://www.topnews.ru/photo_id_7383_11.html]

 Согласно одной из гипотез, выбрасываемые пузыри магмы или вулканический пепел несут электрический заряд. Но вулканические молнии могут быть образованы в результате наводящими заряд столкновениями в вулканической пыли.

Недавно учёные обнаружили две разновидности вулканических молний. К первой относятся  небольшие молнии, которые формируются у кратера, а к второй – молнии, наблюдаемые в облаке пепла. Согласно мнению учёных, природа этих молний различна.

Молнии у кратера появляются в результате электрических процессов, происходящих в магме. А мощные молнии в облаках пепла формируются при понижении температуры до -20 градусов Цельсия, когда происходит замерзание переохлаждённых капель воды." [http://www.infuture.ru/article/8343]

[http://masterok.livejournal.com/45111.html]

В работе "Электрические процессы и образование молний в вулканическом аэрозоле" (Ю.В.Адамчук, В.В.Титов) [http://serendip.narod.ru/science/lightning/lightning.html] рассмотрены основные физические процессы, ответственные за электризацию газопепловой тучи над вулканом (молнии второго типа).