Jak termity regulują temperaturę swoich gniazd bez jednego ventilatora

Gniazdo, które oddycha dla kolonii

Termity z rodziny Macrotermes budują gniazda o wysokościach do kilkunastu metrów nad podziemnym gniazdem, a gniazdo nie jest dekoracją — to konstrukcja zaprojektowana jako płuco. Kolonia i jej uprawiane grzybiki oddychają ciągle, a bez ventilationu dymek węglowy zaczęłby się akumulować, a tlen zaniknąć w zamkniętym gniazdku podziemnym. Sieć szyn i kanałów w gniździe rozwiązuje to prawie bez użycia ruchomych części.

Dwa konkurencyjne modele: efekt stosu i przepływ indukowany

Na lata standardowym wyjaśnieniem była model stack-effect, czyli termosyphon: metaboliczna ciepło wydzielana przez gniazdo i komby grzybów ciepłi powietrze, które podnosi się w centralnym szaniec, zamarza na powierzchni kanałów masywnego, odcina się z powrotem do perifericznych przejść, a następnie wraca do gniazda — stały pętlę konwekcyjny, podobny do dymnego prądu szanca, napędzanego jedynie różnicą temperatur między ciepłym jądrem a zimną ścianką masywna.

Badania pola J. Scott Turner'a w latach 1990–2000 skomplikowały to wyjaśnienie: powietrza przepływ wewnątrz masywnego ulega zmiennym wzorcom trwania minutowych, znacznie szybszym niż powolna cykl termiczny by przewidział, i jest bardziej zgodny z prędkimi falami wiatru zewnętrznego niż z zmianami temperatury wewnętrznej. Model przepływu indukowanego traktuje powierzchnię masywna jako highly porous, struktura ekstrahująca energię: torkujące fale wiatru przechodzące przez wzniesioną, skulptowaną powierzchnię masywna zmuszają powietrze do wydostawania się z bliskich kanałów poprzez entrainment viskozyjny (tak jak wiatr zmusza powietrze do wydostawania się z wejścia podziemnego gniazda prairie-dog), pompując całą sieć kanałów pasywnie. Obie mekanizmy prawdopodobnie działają, a ich relatywne znaczenie zależy od gatunku, architektury masywna i pogody — aktywna dziedzina ciągłych pomiarów, zamiast pełnego rozwiązania.

thermosiphon (stack effect):
  warm, CO2-rich air (nest core) → rises central chimney
  → cools at mound surface conduits → sinks peripheral passages → nest

induced flow (wind-driven):
  turbulent gusts over ridged mound surface
  → viscous entrainment pulls air from near-surface conduits
  → passive pumping throughout the conduit network

Regulacja temperatury, a nie tylko ventilacja

Taka sama przepływność powietrza, która usuwa CO2, stabilizuje również temperaturę i wilgotność podziemnego gniazda w niewielkim zakresie, co ma znaczenie, ponieważ kolonia termitów rosnąca fungi Termitomyces osiąga największą prędkość wzrostu w skrajonym zakresie temperatury i zgonia, jeśli gniazdo wysycha lub nadgrzewa. Gruba zewnętrznego ścianka kopuły oferuje masę termiczną i izolację przed dailnymi i sezonowymi oscylacjami na powierzchni, podczas gdy sieć przewodów wewnętrznych realizują wymiany ciepła, chroniąc głęboki jądro — gdzie żyje gospodarz fungi i królowa — znacznie bardziej niż sama powierzchnia kopuły, która może oscylować o dziesiątki stopni między dniem a nocą.

Zbudowane bez szkicu

Brak żadnej termity planu gniazda, a żaden termit nie kieruje konstrukcją. Shape forma gniazda powstaje zgodnie z zasadaniami stigmergicznymi podobnymi do śladów ścieżek mrówek: termity upadają ziemiowe kule przylepione saliwą preferencyjnie tam, gdzie materiał lub przepływ powietrza (gradienty CO2, wilgotności lub szybkości ekspansji) są najmocniejsze. Struktura wynikająca z tego sama zmienia te sygnały, co wskazuje na dalszą konstrukcję. W ciągu miesięcy i lat ta lokalna pętla odwrotna zbiega się do spójnej, gatunkowo specyficznej architektury gniazda — wiezy, kanałów, brzegów i wszystkiego innego — bez żadnego termita posiadałby wzór w przedsprzedaży.

Biomimetka: architektura bez klimatyzacji

Regulacja temperatury w gniazdaletermetycznych bezpośrednioinspirowała Centrum Eastgate w Harare, Zimbabwe (architektem był Mick Pearce, 1996), budowę korzystającą z passywnej efekty stoku i zasad maszyny ciepła, które zostały od niej pochwalone z Macrotermes. Gniazda pozwalają na utrzymanie się w zakresie komfortowej temperatury używając tylko małej części energii konwencjonalnie klimatyzowanych budngów o podobnej powierzchni. Do dziś pozostaje jednym z najbardziej cytowanych przykładów architektury biomimetycznej, nawet gdy sami biolodzy termiczni kontynuują debatę nad tym, jak duży jest udział rzeczywistego przepływu powietrza w gniazdach, który jest spowodowany przez efekt stoku, a jak duży z kolei wynika z wpływu wiatru.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Termite Mound Thermoregulation i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.