Jak uratowaç

Everglades

Kosztowny plan przywrócenia

pierwotnego stanu przyrody

nie wystarczy

N

ie bez powodu bagna Evergla-
des sà nazywane Rzekà Traw.
Jeszcze do po∏owy naszego stu-

lecia przez pó∏wysep Floryda na po∏u-
dnie od jeziora Okeechobee woda p∏y-
n´∏a leniwie do Zatoki Florydzkiej, two-
rzàc po drodze rozlewisko szerokie na
blisko 100 km. Powsta∏ na nim wyjàtko-
wo bogaty ekosystem – s∏odkowodne
bagna pokryte k∏ocià, rojàce si´ od ryb,
aligatorów i ptaków brodzàcych. Jed-
nak˝e w latach pi´çdziesiàtych i szeÊç-
dziesiàtych Army Corps of Engineers
wybudowa∏ tu sieç kana∏ów i obwa∏o-
waƒ. Mia∏y one zapobiegaç powodziom,
a tak˝e odwodniç znaczne po∏acie tego
obszaru przeznaczonego dla rolnictwa.
Melioracja zmieni∏a kierunek odp∏ywu
wód do Oceanu Atlantyckiego i Zatoki
Meksykaƒskiej, pozbawiajàc Evergla-
des co rok ponad biliona litrów wody.
Nastàpi∏a wi´c katastrofa Êrodowisko-
wa: powierzchnia bagien skurczy∏a si´
niemal o po∏ow´ w stosunku do pierwot-
nej wielkoÊci, a liczba ptaków brodzà-
cych zmala∏a wed∏ug szacunków o 90%.

W ostatnim dziesi´cioleciu w∏adze fe-

deralne i paƒstwowe usi∏owa∏y zorga-
nizowaç plan ratowania Everglades.
Instytucjà wiodàcà prym w tych wy-
si∏kach by∏ w∏aÊnie Army Corps, któ-
ry prawdopodobnie latem tego roku
przed∏o˝y Kongresowi raport koƒcowy.
In˝ynierowie wojskowi zaproponowa-
li projekt likwidacji niemal 390 km kana-
∏ów i wa∏ów w ciàgu 20 lat za 7.8 mld
dolarów. Zwi´kszy∏oby to przep∏yw
wód w Everglades do stanu zbli˝onego
do pierwotnego. Plan Army Corps nie
wyeliminuje jednak wszystkich barier
zbudowanych przez cz∏owieka, które
poprzegradza∏y ten region. Wed∏ug pro-
jektu woda by∏aby magazynowana
w zbiornikach oraz podziemnych for-
macjach wodonoÊnych, a nast´pnie
okresowo uwalniana, co naÊladowa∏o-
by historyczny wilgotny/suchy cykl ob-
szarów bagiennych.

Niektórzy naukowcy twierdzà, ˝e

w wyniku realizacji tego projektu nie
przywróci si´ na Everglades stanu na-

wet zbli˝onego do naturalnego. „Plan
przyczyni si´ do utrzymania zagospoda-
rowanej, podzielonej struktury zamiast
do odtworzenia naturalnego systemu –
mówi Stuart Pimm, ekolog z Universi-
ty of Tennessee, który przeprowadzi∏
wiele badaƒ na tym obszarze. – Na li-
toÊç boskà, powinniÊmy po prostu za-
sypaç te przekl´te rowy i zostawiç te te-
reny w spokoju.”

Gordon Orians, ekolog z University

of Washington, obawia si´, ˝e wyty-
czone cele sà kompromisem mi´dzy za-
pobieganiem powodziom a zaopatrze-
niem w wod´ rosnàcej liczby ludnoÊci
Florydy. „Gdyby przywrócenie pierwot-
nego stanu Everglades by∏o jedynym
problemem, nie by∏oby to trudne do zro-
bienia, ale rzeczywistoÊç jest inna” –
twierdzi.

Na poczàtku bie˝àcego roku Pimm,

Orians i inni naukowcy namawiali se-
kretarza spraw wewn´trznych Bru-
ce’a Babbitta do powo∏ania niezale˝ne-
go panelu w celu dokonania rewizji
planu przywrócenia pierwotnego sta-
nu bagien. W kwietniu br. Army Corps
zgodzi∏ si´ przyspieszyç swój harmo-
nogram likwidacji niektórych kana-
∏ów i obwa∏owaƒ. Obroƒcy Êrodowiska
stale naciskajà, aby decydenci poszli na
wi´ksze ust´pstwa. Wielu z nich jednak
uznaje obecny plan za najlepszy, jaki
mogli wywalczyç. Charles Lee, emery-
towany wiceprzewodniczàcy Florida
Audubon Society, stwierdzi∏, ˝e zlikwi-
dowanie wszystkich barier zbudowa-

nych przez cz∏owieka na obszarze Ever-
glades spowodowa∏oby zalanie wielu
zamieszkanych obszarów na po∏udniu
Florydy. „MusielibyÊmy przesiedliç wie-
lu ludzi, co jest niemo˝liwe do zrobienia
ze wzgl´dów politycznych” – mówi.

Innà powa˝nà przeszkodà w od-

budowie ekosystemu jest Everglades
Agricultural Area, obejmujàcy ponad
300 tys. ha farm i plantacji trzciny cukro-
wej na po∏udnie od jeziora Okeechobee.
Obszar rolniczy dzia∏a jak gigantyczny
korek, blokujàcy przep∏yw wód do Ever-
glades. Obroƒcy Êrodowiska chcieli od-
tworzyç rozlewisko, przekszta∏cajàc du-
˝e cz´Êci rolniczego kompleksu w zbior-
niki wodne. W∏adzom USA uda∏o si´ od-
zyskaç jedynie oko∏o 24 tys. ha, gdy˝
plantatorzy trzciny cukrowej zaciekle
przeciwstawiali si´ wszelkim podejmo-
wanym przez rzàd próbom odebrania
wi´kszej powierzchni.

Obszar ten nie wystarcza jednak, aby

zmagazynowaç wod´ potrzebnà do po-
nownego o˝ywienia Everglades. Army
Corps wpad∏ wi´c na inny pomys∏:
pompowanie ponad 6 mld l wody
dziennie do podziemnych stref reten-
cyjnych. Wt∏aczana woda w formacji
wodonoÊnej wyp∏ywa∏aby ponad bar-
dziej g´stà s∏onà wodà; mo˝liwe by∏o-
by wi´c wypompowanie jej w czasie
okresów suchych. Retencj´ w warst-
wach wodonoÊnych sprawdzano w
kilku miejscach na po∏udniowej Flory-
dzie, ale plan przywrócenia ekosys-
temu przewiduje strefy magazynowa-

12 Â

WIAT

N

AUKI

Paêdziernik 1999

NAUKA

I

LUDZIE

EKOLOGIA

BAGNA EVERGLADES na Florydzie skurczy∏y si´ o blisko po∏ow´

w stosunku do swej pierwotnej powierzchni.

NICOLE DUPLAIX

Peter Arnold, Inc.

Â

WIAT

N

AUKI

Paêdziernik 1999 13

nia wody o stokrotnie wi´kszej pojem-
noÊci ni˝ w obecnych projektach. Wielu
obroƒców Êrodowiska si´ niepokoi, ˝e
istniejàca technologia nie wystarczy do
tak wielkiego przedsi´wzi´cia. „Jest to
jeden z naszych najwi´kszych proble-
mów. Army Corps nie ma dobrze opra-
cowanego rezerwowego planu na wy-
padek, gdyby nie da∏o si´ w pe∏ni
wykorzystaç potencja∏u retencji war-
stwy wodonoÊnej” – mówi Lee.

Stuart Appelbaum, szef projektu

Army Corps dla okr´gu Jacksonville,
twierdzi, ˝e agencja mo˝e pog∏´biç po-
wierzchniowe zbiorniki, jeÊli podziem-

na retencja oka˝e si´ niewykonalna. Pod-
kreÊla, ˝e plan odbudowy ekosystemu nie
zosta∏ „wyryty w kamieniu”. Zdaniem
Appelbauma, jeÊli wszystko pójdzie g∏ad-
ko, jesienià przysz∏ego roku Kongres wy-
razi zgod´ na realizacj´ projektu.

Dla niektórych gatunków zamieszku-

jàcych bagna Everglades prawdopodob-
nie jest ju˝ za póêno. Zmiany przep∏y-
wu wody zniszczy∏y tereny l´gowe
jednego z podgatunków bagiennika nad-
morskiego (Ammodramus maritimus mi-
rabilis), który ˝yje niemal wy∏àcznie
w Everglades. Gniazda zosta∏y zatopio-
ne w porach wilgotnych, a wi´kszoÊç je-

go siedlisk strawi∏y po˝ary wyst´pujàce
w porach suchych. Kilkadziesiàt lat te-
mu Everglades zamieszkiwa∏y dziesiàt-
ki tysi´cy tych ptaków, obecnie natomiast
jest ich oko∏o 3 tys. Niektórzy si´ oba-
wiajà, ˝e podgatunkowi temu grozi wy-
gini´cie. Pimm spotka∏ turystów w Par-
ku Narodowym Everglades, którzy byli
zaszokowani stratami w przyrodzie re-
gionu. Za t´ katastrof´ obwinia system
zapobiegania powodziom zbudowany
przez Army Corps; wcià˝ nie jest przeko-
nany, czy instytucja ta potrafi teraz na-
prawiç swoje b∏´dy.

Mark Alpert

Mikrouk∏ad q-bitowy

Nadprzewodzàca kropka

kwantowa pozwoli

zbudowaç pe∏nowymiarowe

komputery kwantowe?

O

d kilku ju˝ lat fizycy z zapa∏em
pracujà nad komputerami
kwantowymi – urzàdzeniami,

które dzi´ki wykorzystaniu kwantowej
natury rzeczywistoÊci, stwarzajà nadzie-
j´ na przekroczenie teoretycznych mo˝-
liwoÊci komputerów konwencjonalnych.
Niektóre laboratoria zbudowa∏y ju˝ na-
wet robocze modele bitów kwantowych,
czyli q-bitów (wymawiaj „kubitów”) –
podstawowych elementów komputera
kwantowego – u˝ywajàc jonów uwi´zio-
nych w specjalnych wn´kach lub korzy-
stajàc z metod magnetycznego rezonan-
su jàdrowego. Niestety, w porównaniu
z wi´kszoÊcià tych biurkowych uk∏adów
q-bitowych masywne lampy elektrono-
we z epoki ENIAC-a wyda∏yby si´ wr´cz
smuk∏e, nie mówiàc ju˝ o tym, ˝e tak˝e
odporniejsze i ∏atwiejsze do po∏àczenia
w obwód. (Prac´ komputera Mark II
z Harvardu, rówieÊnika ENIAC-a, zak∏ó-
ci∏ kiedyÊ prawdziwy robak, który do-
sta∏ si´ do prze∏àcznika; bity kwantowe
majà tendencj´ do rozpadania si´ jak
domki z kart wskutek muÊni´cia niepo-
˝àdanego fotonu.)

Teraz jednak Yasunobu Nakamura ze

wspó∏pracownikami z Laboratorium Ba-
daƒ Podstawowych NEC w Tsukubie
(Japonia) zademonstrowa∏ nanoskalo-
wy q-bit zbudowany na p∏ytce krzemo-
wej. Urzàdzenie to ∏àczy w∏asnoÊci krop-
ki kwantowej – elementu tak ma∏ego, ˝e
nawet dodanie jednego elektronu powo-
duje istotnà zmian´ – z kwantowymi ce-
chami stanu nadprzewodzàcego, w któ-
rym pràd elektryczny p∏ynie bez oporu.

W dobie niezwyk∏ych post´pów mi-

kroelektroniki naturalne wydawaç si´
mogà próby opracowania uk∏adów
kwantowych opartych na krzemie. Ale
nie jest to zadanie proste. Istotnà w∏a-
snoÊcià q-bitu jest jego zdolnoÊç do ist-
nienia nie tylko w dwóch zwyk∏ych sta-
nach binarnych 0 i 1, ale równie˝ w
dowolnej ich superpozycji. Komputer
kwantowy czerpaç b´dzie swojà moc
obliczeniowà w∏aÊnie z tej nieokreÊlo-
noÊci; mówiàc krótko, b´dzie realizo-
waç algorytm na wielu ró˝nych liczbach
jednoczeÊnie, u˝ywajàc przy tym jedy-
nie tylu (q-)bitów, ilu potrzebowa∏by
konwencjonalny komputer do przepro-
wadzenia obliczeƒ dla jednej liczby.

Niestety, liczba mo˝liwych stanów

kwantowych dla elektronów w pó∏prze-
wodnikach jest ogromna, zamiast wi´c
czystej superpozycji dwóch stanów po-
jawia si´ niekoherentna mieszanina ty-
si´cy stanów. Jeden ze sposobów unik-
ni´cia tego problemu to pos∏u˝enie si´
kropkà kwantowà, której ma∏e rozmia-
ry powodujà rozszczepienie kontinuum
stanów elektronowych na dyskretne po-
ziomy, co znacznie u∏atwia wybranie
dwóch stanów dla 0 i 1. Ciàgle jednak
problemem pozostaje czas trwania
kwantowej koherencji – nie przekracza
on 1 ns, choç niedawne prace wykorzy-
stujàce spiny elektronów mogà sugero-
waç pewne rozwiàzanie.

W podejÊciu Nakamury i wspó∏-

pracowników przedstawionym w Na-
ture wykorzystano nadprzewodzàcà
kropk´ kwantowà. W nadprzewodni-
ku odpowiednie elektrony ∏àczà si´
w tzw. pary Coopera, które gromadzà
si´ wszystkie w jednym stanie kwanto-
wym (kondensat Bosego-Einsteina par
elektronowych).

Kropka kwantowa w tym przypad-

ku jest wàziutkà aluminiowà beleczkà
napylonà na warstwie izolacyjnej pod-
∏o˝a. W temperaturze, w której dzia∏a
urzàdzenie – trzy setne stopnia powy˝ej

zera bezwzgl´dnego – aluminium staje
si´ nadprzewodnikiem. Dwa ma∏e z∏à-
cza ∏àczà kropk´ z wi´kszym aluminio-
wym rezerwuarem, a przy∏o˝one napi´-
cie ustawia poziomy energetyczne w
kropce i tym obszarze w taki sposób,
aby pojedyncza para Coopera mog∏a tu-
nelowaç z rezerwuaru do kropki i z
powrotem. W ten sposób powstajà sta-
ny 0 i 1 tego uk∏adu, oznaczajàce obec-
noÊç lub nieobecnoÊç dodatkowej pary
Coopera w kropce kwantowej.

Aby sprawdziç, czy taki przyrzàd ma

odpowiednie w∏asnoÊci kwantowe, na-
ukowcy za pomocà krótkotrwa∏ej zmia-
ny napi´cia wprowadzajà par´ Coopera
w superpozycj´, przy czym czas trwania
tego impulsu okreÊla wzgl´dne propor-
cje stanów 0 i 1 w wytworzonym stanie.
Uzyskane dotychczas dane wskazujà, ˝e
ich q-bit utrzymuje swoje w∏asnoÊci na-
wet przez 2 ns, czyli wystarczajàco d∏u-
go, aby skoki napi´cia zmieni∏y jego stan
w przybli˝eniu 25 razy.

Michel Devoret, kierownik grupy

Q-antronics z Centrum Badawczego Sac-
lay we Francji, uwa˝a te prace za „fan-
tastyczne osiàgni´cie. Jest to zasadniczy
element uk∏adanki, której kompletowa-
nie zaj´∏o wiele lat.” Dmitri Averin ze
State University of New York w Stony
Brook wierzy, ˝e ten rodzaj q-bitu do-
brze nadaje si´ do budowy komputerów
kwantowych o Êrednim stopniu z∏o˝o-
noÊci – co by∏oby istotnym krokiem na
bardzo trudnej drodze do pe∏nowymia-
rowych komputerów kwantowych –
i zapewne oka˝e si´ u˝yteczny w zasto-
sowaniach o niezbyt wygórowanych
wymaganiach, jak zwi´kszanie stopnia
zabezpieczenia kwantowych kana∏ów
komunikacyjnych.

Jednak droga do tych celów jest jesz-

cze d∏uga. Nast´pny etap to zbadanie
mo˝liwoÊci wyd∏u˝enia czasu ˝ycia
q-bitu i rozpocz´cie ∏àczenia q-bitów
w proste bramki logiczne.

Graham P. Collins

FIZYKA