אימגו מגזין מאמרים

כתב עת בנושאי תרבות ותוכן

על האסתטיקה של מדעי הטבע חלק ג


התמונה של נח שמיר

בפרק הזה אני מגיע לסוף המסע שלי מהמימד הגדול אל הקטן בצילומים שנוצרו לצורך המדעים והטכנולוגיה, שהם אסתטיים מאד בעיני. מבחינת כמות הצילומים שאני יכול להביא יכולתי ליצור סדרה אינסופית, אבל כיוון שאלה אמורים להיות מאמרים ולא אסופת תמונות, צריך שיהיה גם תוכן נלווה וגם רצוי שלא אחזור על עצמי יותר מדי. כל הצילומים בפרק הזה הם מיקרוסקופיים, מטבע הדברים וברובם מתחום המיקרוסקופיה האלקטרונית. כשכתבתי במאמרי "תמונות מיקרוסקופיה אלקטרונית בעיני ילדים" שראיתי כבר תמונות יפות מאלה, התכוונתי לתמונות המובאות בפרק הזה, היכולות בחלקן להתחרות עם מיטב ציורי האבסטרקט וגם עם ציורי פרחים ופיסול.

אפתח את המאמר בכמה תמונות מתחום הביולוגיה/גיאולוגיה ואחר כך אעבור לתחום המטלורגיה.

ביולוגיה/גיאולוגיה

כל התמונות בקטע הזה נלקחו ממאמרים או הודעות טכנית שהופיעו בעיתון and analysis microscopy בחודש מאי השנה.

מיקרוסקופיה אופטית - גילוי של רכיב ביו-כימי (f-actin) במערכת העצבים המרכזית

כדי שלא יווצר רושם מוטעה, רוב תוכנו של המאמר שממנו נלקחה תמונה זו הוא כמו סינית בשבילי. הבנתי שיש קושי לגלות את הרכיב הספציפי הזה (שאת תפקודו לא טרחתי לגלות) במערכת העצבים המרכזית והגילוי בעזרת תמונה מיקרוסקופית נעשה (כמו בהרבה מקרים אחרים) ע"י הוספת חומר כימי כלשהו שמתקשר אליו וחמצונו ע"י הארה באורך גל מסויים.

התמונה הצבעונית היא תמונה מיקרוסקופית (גודל המסך פחות ממילימטר) של נוירון בודד במערכת העצבים, כאשר הצביעה אמורה להבליט את המרכיב המבוקש ולטעמי יוצרת קומפוזיציה יפה. בתמונות הנוספות מובאים השלכים ופרטים נוספים של הצילום המיקרוסקופי האמורים להבליט אספקטים של המחקר, שלעומקם לא טרחתי לרדת (אני רוצה להביא תמונות יפות, לא להפוך לביולוג...)

מיקרוסקופיה אופטית – מחקר מיקרו-מבנים בעצמות הומנואידים מאובנות מלפני 2-3 מליון שנים

בדרך כלל חוקרים עצמות ושיניים מאובנות מהתקופה הקדומה הזו כיחידה כוללת. כאן נעשה נסיון ללמוד על המבנים המיקרוסקופיים שעל פני העצם וקרוב לפני השטח. בעזרת מיקרוסקופ אופטי מיוחד התמקדו בעומקים קרובים לפני השטח (בתחום שהוא עדיין שקוף) וצילמו את המבנים השונים. כאן הצבעים משמשים כל פעם למטרה אחרת. בתמונה הראשונה לציון העומק היחסי של המיקרו-מבנה ובתמונה השניה להדגשת מיקרו-מבנים שונים על פני העצם.

בתמונה הראשונה, הדגש הוא רק על העומק (צבע) והפרטים מטושטשים (חוסר מיקוד). בתמונה אחרת, לא צבעונית ולא יפה (ולכן היא לא כאן), מופיעים פרטי המבנים השונים עבור אותו איזור.

מיקרו-מבנים שונים על פני עצם מאובנת

האבסטרקט הזה, לטעמי, יפה הרבה יותר.

מיפוי פלואורסצנטי דו מימדי של חתך בתא מוח של עכבר

התמונה הבאה מגיעה ממודעת פרסומת למערכת חדשה המסוגל לתת תמונה דו מימדית של חתכים דרך רקמות ביולוגיות. ההדגמה כאן, אסתטית מאד לפי טעמי, היא של חתך דרך תא מוח של עכבר. מסתבר שיש בעכברים דברים יפים שהעין הבלתי מזויינת לא רואה.

לאחר ארבע דוגמאות מיקרוסקופיות (יפות לטעמי) מתחום הביולוגיה והגיאולוגיה אעבור למיקרוסקופיה אלקטרונית ולתמונות מתחום המטלורגיה שהוא נושא מפותח במוסד שלנו. כל התמונות בסעיף הזה של המאמר נלקחו מתוך האלבום שהפקתי לפני 13 לראש אגף המחקר והפיתוח במוסד שפרש מתפקידו.

מטלורגיה

אינני מתימר להיות מטלורג מומחה וגם לא אכנס לנושאים מטלורגיים (זה ודאי יבטיח שתפסיקו לקרוא את המאמר), אבל פטור מבלי להבין כלום מה רואים, אי אפשר. יש שני מושגים שצריך להבין כשמתבוננים בתמונה מטלורגית. הראשון הוא גרעין וגבול גרעין, והוא משותף למתכות טהורות (המורכבות מאטום אחד) או נתכים (שבהם כמה מרכיבים).

כדי להכין גוף מתכתי בעל צורה מסויימת בדרך כלל (יש גם דרכים אחרות) מתיכים אותו ויוצקים אותו לתוך תבנית. בתהליך ההתגבשות ממצב נוזלי למצב מוצק נוצרים גרעיני גביש בעל מבנה של גביש יחד, ההולכים ומתפשטים עם הקירור. בסופו של התהליך (והוא תלוי בכמה פרמטרים תיכף אסביר אותם) יפגשו הגרעינים האלה וכל הגוף יהפוך למוצק. שטחי הגבול האלה של המפגש נקראים גבולות גרעין ויש להם תכונות מיוחדות שלא אכנס אליהם.

המושג השני הוא פאזות של נתכים. במתכות טהורת, כל האטומים זהים. כשיוצרים נתך משתי מתכות או יותר, בחלק מן המקרים אפשר לערבב אטומים שונים בכל יחס שהוא וליצור נתך. זאת בעיקר כשהאטומים קרובים מאד בגודלם ותכונותיהם. ברוב המיקרים זה אינו עובד. קיימים יחסים מוגדרים של האטומים משני מרכיבים, למשל a2b3 אומר שעל כל 2 אטומי של a בנתך, יהיו 3 אטומים של b. היחס הזה נקרא פאזה של הנתך ויהיה לה מבנה קריסטלוגרפי וסימטריה מוגדים, שיבואו לידי ביטוי בצילומים המטלורגיים ואין להם קשר, בהכרח, למבנים ולסימטריות של מתכות המקור.

אם נכין נתך משתי מתכות ונערבב כמויות מסויימות, יהיה קשה לקלוע במדוייק ליחס המתאים ליצירת פאזה טהורה. העודפים יצרו, לכן, פאזה אחרת, אם כזו העשירה במרכיב העודף בכמות או פאזה טהורה של המתכת העודפת. הפאזה הזו יכולה ל"התיישב" בגבולות גרעין (בעיקר אם יש מעט ממנה), או באיזור עצמאי ובסימטריה שונה, כפי שנראה בדוגמאות שיגיעו מייד.

אחד הדברים היפים בנתכים הוא הוא שהם יוצרים מבני על (מעבר לגרעינים) יפים מאד שאפשר למצוא להם בקלות דימויים מעולמנו המוכר, כפי שתראו מייד. דבר נוסף שצריך להזכיר הוא זיהומים במתכת (שום דבר אינו נקי באופן מוחלט שעבור המטלורגים הוא הפרעה, אבל מבחינת התמונות הם יהיו תוספת "קישוט" בגבולות הגרעינים, או בתוך המטריצה שלהם.

ועכשיו, מצויידים באינפורמציה הזו (שאני מקווה שעיכולה לא היה עומס מוגזם), ניגש לדוגמאות.

שבר תוך גרעיני במתכת הבריליום

הכתמים הגדולים המוקפים בגבול ברור הם הגרעינים (שגודלם כמה מאיות מילימטר) הם גרעיני המתכת. השבירה, שבדרך כלל מתרחשת בגבולות הגרעין, היתה כאן בתוך הגרעינים וחשפה מבנה פנימי של מה שנראה כפגמים קוויים. לי זה מזכיר צילום תקריב של רצפה המכוסה בעלי שלכת...

נתך צירקונים-מגנזיום: שתיים או שלוש פאזות

זהו צילום sem של יציקת נתך של שתי המתכות צירקוניום (מתכת המשמשת כמעטפת מוטות דלק בכורים גרעיניים) ומגנזיום, המוכרת יותר. אחת המתכות היתה בבירור בעודף יוצרה פאזה נוספת, בעלת סימטריה משושה בבירור. במרכז הפאזה הזו יש איזור של הפאזה הראשונה או פאזה נוספת, דומה לה מבחינה מטלורגית (אני מתעצל לברר את העובדות המדוייקות).

עוד נתך צירקוניום-מגנזיום

קצב קירור שונה, או יחסים שונים של המרכיבים יצרו מטלורגיה שונה בנתך הזה שגם הוא בנוי מאותם מרכיבים. הפאזה הנוספת מופיעה בגבולות הגרעין (האיזורים הכהים שנראים עבים בהרבה מהמקובל בסתם גבולות גרעינים). אפשר לראות איזורי מסודרים בעלי סימטריה משושה (כנראה אילו שהתקררו יותר לאט ולכן היה להם יותר זמן להסתדר בצורה מסודרת – אנרגיה נמוכה יותר), לעומת איזורים מסודרים פחות, חסרי סימטריה מוגדרת

אז מה אתם אומרים על תכנון המבוך הזה?

עוד נתך צירקונים-מגנזיום

נתך אורניום-טונגסטן

והפעם הגענו ליער השרכים (הייתי בהוואי ביער גשם סוב-טרופי כזה). האורניום מיודענו (המשמש כדלק גרעיני) יחד עם הטונגסטן (מתכת קשה מאד ובעלת טמפרטורת התכה גבוהה מאד, המשמשת למשל כחוט של מנורות להט) יוצרים ביחד, בקצב הקירור המתאים, את הפאזה הזו הנראית בבירור כעלי שרך. הפאזה הנוספת – באיזור הכהה.

נתך אורניום-טונגסטן

נתך נחושת-ביסמוט – תמונה מטלוגרפית אופטית

נתך ראשון של שתי המתכות האלה. הסימטריה הקובית בולטת בבירור בפאזה הראשית. הפאזה המשנית נמצאת בגבולות הגרעינים ובין משטחי הפאזה הראשית. התמונה נלקחה במיקרוסקופ אופטי ואלה הצבעים הטבעיים הנראים מבעד לעדשת המיקרוסקופ.

אני חושב שהציור האבסטרקטי הזה, תוצרת הטבע, הוא יפה ביותר.

נתך נוסף של נחושת-ביסמוט

זהו צילום אופטי של עוד נתך (פאזה אחרת או תנאי קירור אחרים) המורכב מאותן שתי מתכות. אפשר לראות כאן בבירור שאין סימטריה מוגדרת ולעומת זאת נראה שיש כאן הרבה זיהומים שהתבדלו בצורת כתמים רבים בתוך שטח הגרעינים (נתך פחות נקי, אבל אולי יותר יפה אסתטית). פאזה נוספת נראית בבירור.

גם ל"ציור" הזה של הטבע אין מה להתבייש ליד טובי ציירי האבסטרקט...

נתך אלומיניום-ניוביום – חזרה למיקרוסקופיה אלקטרונית

ואם היינו כבר ביער עצי השרך, הרי הגיע תור הפרחים, וגם כאלה אנחנו מוצאים בפאזות המטלורגיות. לפניכם צילום של נתך המתכות אלומיניום (המוכרת היטב) וניוביום (שלא מוכרת לכלל). הפאזה הראשית מסודרת במבנה דק ועדין מאד שפרטיו נראים בקושי. הפאזה הנוספת, השחורה, בחרה להסתדר בצורה של פרח יפה. שימו לב, הקו הלבן התוחם ב"יד חופשית" את צורת הפרח אינו תוספת של גרפיקאי או צייר. זהו חלק מהציור של הטבע.

התחמצנות גרעין של הידריד

ומפרח אחד לפרח שני (ושוב ב-sem ) וכאן אני מבצע את המעבר ל"פיסול".

גרעיני הידריד של מתכת, אותם פגשנו בפרק הקודם, גדולים בנפחם מהנפח שתפסה המתכת ממנה נוצרו ולכן כשהם נוצרים על פני השטח הם בולטים החוצה. כשגרעין כזה (שאינו יציב באויר) מתחמצן הוא נותר בולט. כאן יש לנו צילום של גרעין הידריד (לא רשום לי של איזה מתכת) שהתחמצן. במקרה, גם הוא קיבל צורה, והפעם תלת מימדית, של פרח נאה. זאת בגלל שתוך הווצרותו הוא שלח שלוחות לכיווני התפשטות קלים מבחינה קריסטלוגרפית.

טיטניום בשפת בועת יציקה של אורניום-טיטניום

אם כבר בפיסול עסקינן, אז לאחד היפים ביותר לטעמי. כאן איננו רואים את הנתך עצמו, אלא שארית של מתכת הטיטניום, השותפה בנתך שהתגבשה ל"פסל" יפהפה בנפח שבגבול בועת הנתך. הצורה הסימטרית של ההתגבשות הזו מוכתבת על ידי הסימטריה הקריסטלוגרפית של הטיטניום.

כמו שכבר הסברתי בפרק הקודם, הציפוי המתכתי דרוש כדי שיהיה אפשר לצלם במיקרוסקופ אלקטרוני. בעיקרון יש לנו כאן ספוג רגיל שהקרן האלקטרונית סרקה חלק משטחו כולל החללים שבו. אני מסיים את המאמר והסידרה בגדי הקטן (תרתי משמע) הזה שנוצר באופן מקרי.

ספוג מצופה בניקל

אני מקווה שנהניתם מהסיור התלת-פרקי ושהצלחתי להדגים בסדרה את היופי והאסטתיקה המצויים בטבע גם בגדלים ובתחומים שעין האדם אינה שוזפת אותם בחיי היום-יום והמתגלים לעין המדענים דרך כלי המחקר שבהם הם בוחנים וחוקרים את הטבע. ואם למדתם על קצה המזלג כמה מושגים מדעיים, אני בטוח שלא נגרם שום נזק.

תגיות: 

הוסף תגובה חדשה

CAPTCHA

משהו קטן לוודא שאינך רובוט. משתמשים רשומים מדלגים

ענה לשאלה / השלם את החסר

הנצפים ביותר

מאמרים נוספים מאת נח שמיר