On the connection of the generalized nonlinear sigma model with constrained stochastic dynamics

The dynamics of a freely jointed chain in the continuous limit is described by a field theory which closely resembles the nonlinear sigma model. The generating functional $\Psi[J]$ of this field theory contains nonholonomic constraints, which are imposed by inserting in the path integral expressing $\Psi[J]$ a suitable product of delta functions. The same procedure is commonly applied in statistical mechanics in order to enforce topological conditions on a system of linked polymers. The disadvantage of this method is that the contact with the stochastic process governing the diffusion of the chain is apparently lost. The main goal of this work is to reestablish this contact. To this purpose, it is shown here that the generating functional $\Psi[J]$ coincides with the generating functional of the correlation functions of the solutions of a constrained Langevin equation. In the discrete case, this Langevin equation describes as expected the Brownian motion of beads connected together by links of fixed length.Comment: LaTeX+RevTeX, 12 pages, no figure

Thermal Degradation of Adsorbed Bottle-Brush Macromolecules: Molecular Dynamics Simulation

The scission kinetics of bottle-brush molecules in solution and on an adhesive substrate is modeled by means of Molecular Dynamics simulation with Langevin thermostat. Our macromolecules comprise a long flexible polymer backbone with $L$ segments, consisting of breakable bonds, along with two side chains of length $N$, tethered to each segment of the backbone. In agreement with recent experiments and theoretical predictions, we find that bond cleavage is significantly enhanced on a strongly attractive substrate even though the chemical nature of the bonds remains thereby unchanged. We find that the mean bond life time decreases upon adsorption by more than an order of magnitude even for brush molecules with comparatively short side chains $N=1 \div 4$. The distribution of scission probability along the bonds of the backbone is found to be rather sensitive regarding the interplay between length and grafting density of side chains. The life time declines with growing contour length $L$ as $\propto L^{-0.17}$, and with side chain length as $\propto N^{-0.53}$. The probability distribution of fragment lengths at different times agrees well with experimental observations. The variation of the mean length $L(t)$ of the fragments with elapsed time confirms the notion of the thermal degradation process as a first order reaction.Comment: 15 pages, 7 figure

Super-soft and super-elastic dry gels

Molecular combs and bottlebrushes are a new class of polymer architecture allowing for anomalously low density of entanglements in polymer melts. The conformations and rheological properties of melts of these branched macromolecule composed of a flexible backbone and side chains densely tethered to it are investigated theoretically, experimentally and by computer simulations.1,2 We develop the rule for dialing in the desired value of the melt plateau modulus of these molecules as low as 1000 times below the conventional values for linear polymer melts and experimentally verify the validity of our theory. The theory also predicts that elastomers made from these melts should be super-elastic and reversibly stretch up to ten times more than elastomers made from linear polymers. Hybrid networks with both permanent and reversible bonds made with this novel architecture are predicted to be super-tough and self-healing. References W.F.M. Daniel, J. Burdynska, M. Vatankhah-Varnoosfaderani, K. Matyjaszewski, J. Paturej, M. Rubinstein, A.V. Dobrynin and S.S. Sheiko, Nature Materials, 2016, 15, 183-190. L.H Cai, T.E. Kodger, R.E. Guerra, A.F. Pegoraro, M. Rubinstein, and D.A. Weitz, Advanced Materials 2015, 27, 5132–5140

Estuaria polskiej strefy przybrzeżnej Bałtyku

Estuaries are dynamic ecosystems characterized by great and constant variability of physicochemical gradients and biological parameters. Considerable fluctuations in salinity levels, temperature, pH, concentrations of oxygen, nutrients and organic matter are quite natural in such water bodies. There are many estuarine forms at the Polish Baltic Coast, including open-sea gulfs (the Gulf of Gdansk and the Pomeranian Gulf), water bodies connected to the Baltic Sea (Lake Łebsko) and periodically closed water bodies connected to the Baltic Sea by channels or through river-mouths (Lake Jamno and Lake Gardno). The mouths of large rivers, like Odra and Vistula, also show features of estuaries. Estuaries perform a very important function of specific natural filters for a variety of chemical compounds contained in waters flowing through this area. In this way they form an effective buffer zone that prevents the penetration of toxic biological substances into seawater.Estuaria są dynamicznymi ekosystemami o bardzo dużej i ciągłej zmienności gradientów fizykochemicznych i parametrów biologicznych. Znaczne fluktuacje w poziomie zasolenia, temperatury, tlenu, pH, steżenia nutrientów oraz materii organicznej są naturalnym zjawiskiem w tych zbiornikach wodnych. Polskie Wybrzeże Bałtyckie obfituje w wiele form typu estuariowego, począwszy od zatopionych zatok w otwartym morzu (Zatoka Gdańska i Zatoka Pomorska) do zbiorników mających stałe połączenie z morzem (jezioro Łebsko) lub okresowo zamkniętych i przez kanały lub ujściowe odcinki rzek kontaktujących się z morzem (jeziora Jamno i Gardno). Cechy estuariów wykazują również ujścia wielkich rzek jak Odra i Wisła. Estuaria pełnia bardzo ważna funkcje jako swoiste naturalne filtry dla różnych związków chemicznych zawartych w przepływającej wodzie. Tworząc skuteczną strefę buforowa uniemożliwiają przedostawanie się wielu substancji biologicznie toksycznych do morza

Zooplanktonowe badania jezior przymorskich

Numerous brackish estuarine water bodies are situated in the Polish Baltic Coastal Zone, including smaller and bigger lakes like Sarbsko, Łebsko, Gardno, Wicko, Kopań, Bukowo, Jamno, Resko Przymorskie, Liwia Łuża, Koprowo and Wicko Wielkie. Despite a similar genesis and geomorphological type, these lakes are characterized by different hydrological and hydrochemical conditions, determined by the predominance of terrestrial or marine factors. The origin of Polish coastal lakes and transboudary water bodies is closely related to the history of the Baltic Sea and the last glaciation. Coastal brackish waters have been inhabited by both marine and freshwater organisms.Pobrzeża Bałtyku obfitują w liczne zbiorniki słonawo-wodne o charakterze estuariów. Należą do nich mniejsze lub większe jeziora: Sarbsko, Łebsko, Gardno, Wicko, Kopań, Bukowo, Jamno, Resko Przymorskie, Liwia Łuża, Koprowo i Wicko Wielkie. Mimo niejednokrotnie podobnej genezy i typu geomorfologicznego, jeziora te charakteryzują się bardzo rożnym układem stosunków hydrologicznych i hydrochemicznych, ukształtowanych w wyniku przewagi czynnika lądowego lub morskiego. Geneza jezior przymorskich i akwenów transgranicznych na polskim wybrzeżu jest ściśle związana z historią Morza Bałtyckiego i zlodowaceniem skandynawskim. Przybałtyckie wody słonawe zostały zasiedlone zarówno przez organizmy pochodzenia morskiego, jak i słodkowodnego

Estuaria - rodzaje, ich rola i znaczenie w życiu człowieka

Estuaries are transition zones between the land and the sea which form aquatic ecosystems, often referred to as marginal filters. Numerous classifications of estuaries are based on such criteria as: geomorphological structure, the character of water circulation and stratification, the ratio between freshwater and marine water and the type of energy flow. However, not all estuaries fall into one of the above categories. Some of them represent an intermediate type, while the type of others may change depending on the season and related changes in water inflow rate. Fisheries, including bi-valve mollusks, depend on the high productivity of estuarine areas, which can be also used as ports or sites of recreation and industrial activities. Estuaries play a fundamental role in maintaining an ecological balance in the biosphere.Estuaria to tereny przejściowe pomiędzy lądem a morzem, które tworzą wodne ekosystemy, często nazywane „filtrami brzeżnymi”. Liczne klasyfikacje estuariów oparte są na takich kryteriach, jak: struktura geomorfologiczna, charakter cyrkulacji i stratyfikacji wód, stosunek dopływających wód słodkich do morskich oraz typ przepływu energii. Nie wszystkie estuaria można zaliczyć do jednej z przedstawionych kategorii. Niektóre z nich stanowią typy pośrednie, inne zmieniają typ z jednego w drugi, w zależności od pór roku i związanych z tym zmian tempa napływu wód. Wielka produktywność estuariów może być wykorzystana przez człowieka do produkcji żywności w formie hodowli ostryg, małży i rybołówstwa; mogą służyć jako porty, rejony rekreacyjne i ośrodki przemysłowe; mają również ogromne znaczenie ekologiczne dla zachowania równowagi w biosferze