تتراوح التجارب العلمية من تلك التي يتم وضعها في أطباق بيتري تحت المجهر إلى التجارب التي تتم في جميع أنحاء الكوكب. تتحدث بوابة lifecience.com عن أكبر التجارب على الأرض.
البحث عن موجات الجاذبية
موجات الجاذبية هي أصداء لظواهر مجرية ضخمة مثل اصطدام الثقوب السوداء واندماج النجوم النيوترونية. قد تكون بعض هذه الموجات بمثابة أصداء بعيدة للانفجار الكبير. وللكشف عنها، يحتاج العلماء إلى أداة كبيرة مناسبة: LIGO، أو مرصد موجات الجاذبية بالليزر.
يتكون مرصد ليجو من مجمعين كبيرين، لكل منهما “أذرع” بطول 4 كم. وهي عبارة عن مقاييس تداخل ليزر على شكل حرف L: ينقسم شعاع الليزر إلى نصفين ويتم توجيه كلا النصفين إلى فروع مختلفة. وفي نهاية كل ذراع يوجد نظام مرآة يعكس أشعة الليزر. ومن خلال دراسة منحنى التداخل، يمكن للعلماء تحديد ما إذا كانت التجربة قد أنتجت موجات جاذبية.
سجل مرصد LIGO ظواهر تتراوح بين اندماج نجم نيوتروني وثقب أسود هائل (من المفترض) إلى اصطدام عدة نجوم نيوترونية.
الآلة الذرية
يحتاج العلماء أحيانًا إلى أدوات كبيرة جدًا لدراسة الأشياء الصغيرة جدًا. ولم يتفوق أي منها حتى الآن على مصادم الهادرونات الكبير، وهو أكبر مسرع للجسيمات في العالم. وهي عبارة عن دائرة يبلغ قطرها 27 كيلومترا، ومجهزة بأربعة أجهزة كشف: أحدها، أطلس، تبلغ كتلته 7000 طن. يقيس هذا الجهاز مجموعة متنوعة من الجسيمات دون الذرية التي تنشأ عندما تصطدم حزم مختلفة مع بعضها البعض بسرعات عالية.
بالإضافة إلى ذلك، يحمل LHC أيضًا لقب أكبر وأبرد “ثلاجة” على وجه الأرض. ويجب تخزين المغناطيسات اللازمة لتشغيل الجهاز عند درجة حرارة -271.25 درجة مئوية، وهي درجة أبرد قليلاً من الفضاء الخارجي.
غابات الأمازون المصغرة
ورغم أن الانحباس الحراري العالمي في حد ذاته قد يشكل “تجربة” ضخمة (وغير خاضعة للسيطرة)، فإن العلماء يجرون تجاربهم الخاصة على ظاهرة الاحتباس الحراري في غابات الأمازون المطيرة. ويهدف مشروع AmazonFACE إلى زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون في مناطق معينة من أكبر غابة استوائية على الكوكب لفهم كيفية تأثيره على “رئتي الكوكب”.
في الواقع، تكونت التجربة من 12 مجمعًا للمراقبة تقع في ستة مناطق يبلغ قطرها 30 مترًا: ثلاثة منها كانت تركيزات ثاني أكسيد الكربون عند مستويات قياسية، وفي المناطق الثلاث المتبقية زاد التركيز. ويحتوي كل موقع على ما يقرب من 400 نوع من النباتات والعديد من أنواع الفطريات وبكتيريا التربة. وبعبارة أخرى، كل شخص هو نظام بيئي صغير. مع زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون، تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي بشكل أسرع وتطلق كمية أقل من الماء من أوراقها. من الناحية النظرية، يمكن أن يساعد هذا في حماية الغابات من الآثار السلبية للاحتباس الحراري الذي يتوقع الخبراء أنه سيسبب الجفاف في منطقة الأمازون.
المشكلة هي أن التوازن بين العمليتين والخط الذي يفصل بين الغابة السليمة والنظام البيئي المحتضر لا يزال غير واضح. ويحتاج العلماء ببساطة إلى قياس تأثيرات ثاني أكسيد الكربون الزائد على فسيولوجيا النبات ومعرفة الهياكل التي تنتجها استجابة لذلك – الهياكل المؤقتة، مثل أوراق الشجر، أو الهياكل الدائمة، مثل الخشب.
محطة تصفية الكربون
ووفقا للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، يتعين على البشرية أن تفعل أكثر من مجرد التوقف عن إطلاق ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. يجب سحبها من الهواء. وبشكل أكثر تحديدا، بحلول عام 2050، نحتاج إلى إعادة تدوير ما يعادل 6 إلى 10 مليارات طن من الكربون لتجنب نقطة تحول في ظاهرة الانحباس الحراري العالمي. ولتحقيق هذه النتيجة، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب، بدءًا من ترشيح النفايات الصناعية وحتى معالجة الكتلة الحيوية. ومع ذلك، فإن أول منشأة واسعة النطاق لتنقية الكربون في العالم تعتزم الحصول عليه مباشرة من المحيط.
تمتص مياه البحر ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي من الغلاف الجوي، لكنها لا تستطيع امتصاصه بالسرعة الكافية حتى تتمكن البشرية من ملاحظة آثاره طوال حياتنا. تريد شركة Equatic تسريع هذا الأمر: فهي تخطط لضخ طن من الكربون كل خمس دقائق عن طريق تمرير مياه البحر عبر مرشحات مكهربة.
العملية الكيميائية التي تزيل الكربون من الماء تنتج أيضًا الأكسجين، وهو مصدر محتمل للوقود يساعد على تعويض 40% من تكاليف الطاقة لعملية الترشيح. ويتحول الغاز المرشح إلى بيكربونات: وهي مادة موجودة في الأصداف البحرية والتي تحافظ على ثاني أكسيد الكربون خارج الغلاف الجوي لمدة 10000 سنة القادمة. ويمكن حتى إعادته إلى المحيط أو استخدامه كسماد.
قرون من التجارب النباتية
ابتكر عالم النبات ويليام جيمس بيل في جامعة ولاية ميشيغان تجربة بقاء البذور، والتي بدأت في عام 1879. وكان يريد معرفة المدة التي يمكن أن تبقى فيها بذور النباتات المختلفة في حالة سبات قبل أن تتفتح. وللقيام بذلك، قام بيل بدفن زجاجات بذور 23 نباتًا على عمق 0.9 متر في مكان هادئ وسري. ثم بدأ عالم النبات في حفر زجاجة كل 5 (10) سنوات.
والمثير للدهشة أن التجربة استمرت. هذا صحيح، فالخبراء الآن يفتحون الزجاجة كل 20 عامًا لأن البذور تستمر في التفتح. تم فتح الزجاجة الأخيرة في عام 2021 وستخرج الزجاجة التالية في عام 2040. المعلومات التي تم الحصول عليها خلال التجربة مهمة لفهم تطور النبات وتطور البذور: يمكن أن تكون مفيدة أثناء استعادة الطبيعة وتخزين البذور.