Järnbaserade mineraler, även kända som rost, är allmänt förekommande i naturen – i mark och atmosfär. De spelar en viktig roll i tekniska tillämpningar. Vanliga produkter där de används är till exempel färg, elektroder och batterier, liksom billiga sorbenter som kan rena stora volymer luft eller vatten.

Det fenomen som ger upphov till de många tillämpningarna som dessa mineraler har är känt som adsorption, det vill säga att molekyler fäster till mineralernas ytor. Adsorption resulterar i utvecklingen av laddning, vilket märks som en liten men mätbar elektrostatisk potential. Denna laddning uppvägs i sin tur av adsorption av motsatt laddade joner, till exempel natrium- och kloridjoner.

I sin avhandling har Philipp A. Kozin använt laboratorietillverkade rostnanopartiklar, goethit, akaganéit samt lepidocrocit av olika form och ytojämnhet för att studera hur ytstruktur, sammansättning och jonslaget påverkar laddningsutveckling på rostpartikelytor av nanostorlek.

– Mitt arbete visar att även om partikelmorfologi och sammansättning har stor inverkan på laddningsutveckling, så har ojämnheter en ännu större, utslagsgivande effekt, säger Philipp A. Kozin.

Ojämnheter på plana ytor tenderar att exponera ytterligare reaktiva säten vid kanterna, vilka kan laddas lättare eftersom de stabiliseras av vattenmolekyler. Under andra förhållanden kan vattenmolekyler lokaliserade i mineralytans porer begränsa spridningen av stora joner och på så sätt dämpa den möjliga laddningsutvecklingen som skulle kunna ha främjats av mindre joner. Detta gäller även för spridning av laddning längs strukturella tunnlar av nanostorlek på exempelvis mineralen akaganéit.

Philipp A. Kozin försvarar sina resultat vid Umeå universitet torsdagen den 20 februari. Avhandlingen är publicerad digitalt.

FAKTA
Torsdagen den 20 februari försvarar Philipp A. Kozin, kemiska institutionen, Umeå universitet sin avhandling med titeln: Surface charge development at mineral surfaces: the interplay between surface structure, particle morphology and background electrolyte identity. Svensk titel: Uppbyggnaden av laddning på mineralytor: samspelet mellan ytstruktur, partikelmorfologi och bakgrundselektrolyter. Disputationen äger rum klockan 10.00 i sal KB3B1, KBC-huset. Fakultetsopponent är Univ. Prof. Dr. Ir. Michael Kersten, Geoscience Institute, Johannes Gutenberg-University Mainz, Germany. Huvudhandledare är Prof. Jean-François Boily.För mer information, kontakta gärna:

I den 505 miljoner år gamla skiffern i Yoho National Park i Kanada har man tidigare hittat exemplar av jordens tidigaste djur, inklusive en mycket primitiv släkting till ryggradsdjuren. Platsen, ”the Burgess Shale” har varit känd i över hundra år och betraktas som en av de allra viktigaste för forskare som jobbar med fossil. 

Sedan upptäckten för hundra år sedan har man stött på flera andra intressanta fyndplatser i området.

Den plats som nu beskrivs i Nature Communications upptäcktes av en kanadensisk/svensk forskargrupp 2012. Den ligger i Kootenay National Park, fyra mil från den ursprungliga Burgesskiffern och verkar minst lika lovande som denna. Forskarna samlade under en tvåveckorsperiod in tusentals fossil som representerar mer än 50 olika djurarter. Flera av arterna är inte kända sedan tidigare.

Många djurarter som man tidigare hittat i Burgesskiffern i Yoho National Park har man nu också hittat i bättre skick. En del fossil innehåller väldigt delikata anatomiska detaljer som är viktiga för förståelsen för hur djurarterna har utvecklats.

Forskarna som hittade platsen menar att området och de exceptionellt välbevarade fossilen kommer att bidra med betydande kunskap om den plötsliga explosionen av djurliv under den Kambriska perioden.

– En sådan här plats hittar man bara en gång i livet. Det fascinerande med upptäckten är att den har så många paralleller till de anekdoter som berättas om Charles D. Walcott ursprungliga upptäckt av Burgesskiffern 1909. Även om det inte finns någon snubblande häst med i vår berättelse så var det en av dessa otroliga och tursamma sista minuten-upptäckter. Terrängen var oländig och det vi hade sett tidigare under dagen verkade inte alls lovande, berättar Michael Streng, forskare vid institutionen för geovetenskaper vid Uppsala universitet.

– Det var när vi började prata om att lämna denna del av berget för gott och gå tillbaka till lägret som Bob Gaines (forskare i geologi vid Pomona College) upptäckte lämningar efter leddjur i en stenbit på marken. Direkt blev det spänning i luften. När ett slag med en hammare mot ett annat stenblock frilade ett leddjur med detaljer som aldrig setts förut förstod vi att vi verkligen var något på spåren. Jakten hade börjat!

Den nya fyndplatsen skyddas av Parks Canada som ser efter landets natur och kulturhistoriska tillgångar. Platsens exakta läge hålls än så länge hemlig för att skydda den.

Följande forskare ingick i gruppen: Jean-Bernard Caron (Royal Ontario Museum), Robert Gaines (Pomona College), Cédric Aria (University of Toronto), Gabriela Mángano (University of Saskatchewan) och Michael Streng (Uppsala universitet).

Om eleverna erbjuds en inlärningsmiljö där de både praktiskt och teoretiskt kan arbeta med NO- och teknikuppgifter som de kan relatera till väcks intresset.

Genom entreprenöriellt lärande kan man erbjuda eleverna en lärmiljö som är anpassad till de förändrade kunskaps- och kompetenskrav som ställs på eleverna idag.

– I en entreprenöriell lärmiljö uppmuntras eleverna att komma på egna lösningar, gärna i grupp, till problem som liknar eller är ”riktiga” uppdrag som man kan möta i arbetslivet eller som samhällsmedborgare. Elevernas självkänsla växer när de känner att deras tankar och idéer har betydelse, säger Helena Sagar, som disputerat vid Naturvetenskapliga fakulteten, med inriktning utbildningsvetenskap.

Arbetsledningens stöd betydelsefullt
Forskaren Helena Sagar har via enkäter intervjuat ett sjuttiotal lärare samt djupintervjuat fem grundskolelärare vid olika tillfällen under 2,5 års tid. Lärarna har dessutom deltagit i en akademisk kurs om hur man skapar en entreprenöriell lärmiljö för eleverna.

Resultaten visar att lärarna upplever att de behöver skolledningens stöd samt tid och kompetensutveckling för att kunna förändra sin undervisning mot entreprenöriellt lärande.

– Lärarna anser också att deras egna personliga egenskaper och uppfattningar kring förändring är viktiga. Dessutom pekar lärarna på problemområden som inte kommit fram tidigare: ekonomi, skollokaler, lokala kursplaner samt fackliga frågor, säger Helena Sagar, som själv är NO-lärare och en av få kommundoktorander i landet.

Lärarkollegernas stöd avgörande
Studierna visar att kollegernas stöd betyder mycket för den enskilde lärarens utveckling och förändring efter kompetetensutvecklingen. På samma sätt kan kollegialt motstånd förhindra utveckling, även om skolledningen moraliskt stöder den lärare som vill åstadkomma förändring.

– Det kan därför vara av stort värde vid skolutveckling att begrunda lärarlagens sammansättning utifrån en helhetssyn på kompetens och personliga aspekter snarare än enbart utifrån lärarnas ämneskompetens, säger Helena Sagar.

Höjer elevers motivation
Elever blir mer intresserade och motiverade att lära NO och teknik när de själva inser värdet av att lära sig ämnena. Samverkan med omvärlden och verklighetsanknytning kan hjälpa eleverna att se meningen med lärandet.

– Studierna visar också att lärare som vill ändra sin undervisning till att erbjuda eleverna inblick i naturvetares, ingenjörers och teknikers arbeten och uppdrag kan behöva kompetensutveckling i både generella undervisningsstrategier och inom verklig naturvetenskaplig och teknisk praktik, säger Helena Sagar.

Avhandlingen: Teacher Change in Relation to Professional Development in Entrepreneurial Learning

Alternativa produkter måste till om den nordiska massa- och pappersindustrin ska behålla konkurrenskraften gentemot utländska producenter. För många bruk kan det innebära en omställning mot bioraffinaderier.

Konceptet introducerar en möjlig väg till förnybara bränslen och kemikalier som erhålls genom konvertering av träbaserad biomassa. Johan Ahlkvist presenterar i sin avhandling en miljövänligare katalytisk framställning av myr- och levulinsyra.

– Vi erhöll det största utbytet i en blandning bestående utav endast sulfitmassa, vatten och en fast katalysator och vi kunde konstatera att de viktigaste parametrarna för ett högt utbyte är reaktionstemperaturen samt massa- och katalysatorkoncentrationen i vätskeblandningen, säger Johan Ahlkvist.

Han har utvecklat en förenklad matematisk modell av reaktionsförloppet från råvara till slutprodukt. Modellen understödjer bland annat en möjlig utveckling av en industriell process. Levulinsyra har bland annat av USA:s energidepartement utsetts som en av de tolv biokemikalier framställda från biomassa med högst framtida förädlingspotential.

Levulinsyra är en kemikalie som finner tillämpningar i eller är en utgångskemikalie vid framställning av bland annat polymera hartser, tillsatser i plaster, djurfoder, livsmedel samt komponenter för smak- och doftindustrin, textilfärger, bränslen, frostskyddsprodukter, antimikrobiella medel och herbicider.

Vilken praktisk betydelse har dina resultat?
– Mer kunskap om förädling av förnybara råvaror är viktigt med tanke på den framtida hållbara framställning av kemikalier och energi som behövs i samhället, säger Johan Ahlkvist.

Johan Ahlkvist är född och uppvuxen på Replot i Vasa skärgård, Finland. Innan han började som doktorand vid Umeå universitet avlade han en diplomingenjörsexamen i processteknik vid Åbo Akademi i Finland.

Om disputationen
Fredagen den 14 februari försvarar Johan Ahlkvist, kemiska institutionen, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Formic and levulinic acid from cellulose via heterogeneous catalysis. Svensk titel: Myr- och levulinsyra ur cellulosa via heterogen katalys. Disputationen äger rum kl 13.00 i Sal N320, Naturvetarhuset. Fakultetsopponent är professor Riitta Keiski, Department of Process and Environmental Engineering, University of Oulu, Finland. Huvudhandledare är Jyri-Pekka Mikkola.

Den aktuella forskningsstudien har undersökt vilka växter som har varit dominerande under de senaste 50 000 åren i de arktiska landområdena i norra Ryssland, Kanada och Alaska. Även om stora inlandsisar bredde ut sig för cirka 18 000-25 000 år sedan så fanns i denna arktiska region också isfria områden, den så kallade mammutstäppen. I dessa kalla och torra tundraområden fanns det gott om mammut, ullhårig noshörning, stäppbison, häst och myskoxe.

Merparten av dessa stora däggdjursarter dog dock ut för cirka 10 000 år sedan. Var det på grund av klimatförändring, förändring i födobasen, någon form av sjukdom eller var det människan som hade blivit en så effektiv jägare att djuren helt enkelt utrotades? Frågorna är många. Som ett led i jakten på svar har ett stort antal forskare från en rad länder gjort en gemensam kartläggning av vad mammutarna och de andra stora djuren åt för föda. Studien publiceras nu i tidskriften Nature. En av de deltagande forskarna är den svenske professorn Per Möller, kvartärgeolog vid Lunds universitet.

– Min roll har varit att stå för insamlandet av ett stort antal jordprover som sedan analyserats av biologerna i deras laboratorier, säger Per Möller.

Proverna har han hämtat från de sju expeditioner som han genomfört i arktiska Sibirien, främst Tajmyrhalvön, under perioden 1996-2012. I den aktuella studien har forskarna undersökt bevarade DNA-rester från tidigare levande växter i de gamla jordproverna. Med hjälp av DNA-materialet har de kunnat få en bild av vilka olika växtarter som dominerade på mammutstäppen. Dessutom har forskarna analyserat maginnehållet i ett antal mammutkadaver som hittats infrusna i marken och som nu ligger på museer runtom i världen. Maginnehållet visar mer specifikt vilka växter som djuren föredrog. Vidare har nematodfaunan, en typ av maskar, studerats i jordprofiler i de arktiska områdena; de resultaten bidrar också till bilden av hur vegetationens sammansättning och jordkvalitet har förändrats under årtusendena.

Slutsatsen är att mammutstäppen var betydligt mer dominerad av örter än av gräs under den senaste istiden. Detta kan ha haft betydelse för de stora däggdjuren. En mer örtdominerad diet är betydligt mer näringsrik än en gräsdominerad sådan. Studien visar också att när den senaste istiden tog slut och gick in i den mycket mer fuktiga mellanistiden förändrades växtsamhället på den arktiska tundran.

– Örterna fick då en mindre betydande utbredning, och gräsarterna tog över, säger Per Möller.

I den aktuella studien resonerar forskarna kring att den näringsfattigare föda som då blev tillgänglig kan ha medfört att färre djur kunde livnära sig i området. Enligt Per Möller kan det tänkas att detta förlopp har varit en starkt bidragande orsak till att många av de stora däggdjuren dog ut för cirka 10 000 år sedan.

Hittills har forskarvärlden trott att mammutstäppen var helt gräsdominerad långt innan mellanistiden kom, en uppfattning som byggde på analyser av pollen i markprover samt frukter och frön bevarade i torvavlagringar från den aktuella tidsperioden. Den nya möjligheten att analysera växternas DNA-rester i jorden är intressant för forskare som, liksom Per Möller, sysslar med att göra landskapsrekonstruktioner i tid och rum.

– Vi kommer att få omvärdera en hel del gamla sanningar, säger han om den nya tekniken.