Česky
První listopadové dny v Akademii věd tradičně patří největšímu vědeckému festivalu v České republice. A nejinak tomu bylo i v roce, kdy si připomínáme 125. výročí založení České akademie věd a umění. Motto TVT „15 světelných let“ odkazovalo nejen na ročník festivalu, ale rovněž na „Mezinárodní rok světla“, k němuž se Akademie věd a její badatelská pracoviště v čele s Ústavem přístrojové techniky AV ČR připojily (více k tématu také na str. 2–7). Jak je patrné z předchozích ročníků, program „Týdne vědy a techniky“ nabývá každým rokem „na síle“, přičemž letos od 1. do 15. listopadu 2015 zprostředkoval v Praze, krajských městech, ale i dalších městech České republiky více jak 500 popularizačních akcí.
Fota: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin – FOTOGALERIE
Festivalovým střediskem Týdne vědy a techniky AV ČR se podobně jako v minulých letech stalo sídlo Akademie věd na Národní třídě v Praze, v němž se denně konaly desítky přednášek, výstav či workshopů. Vědychtiví návštěvníci se zajímali například o interaktivní světelný exponát Proteus, který představil propojení umění s moderními technologiemi a umožnil neotřelou formou vstoupit do vesmírného prostředí. „Expozice, jejímž hlavním prvkem bylo světlo a dotek, vznikla na míru 15. ročníku,“ uvedla při zahájení festivalu Ing. Eva Jurková z pořadatelského Střediska společných činností AV ČR. Interaktivní instalace v podobě „strečové stěny“ simulovala gravitační pole a jeho působení na okolní objekty; skládala se z rámu o rozměrech dvakrát dva metry a strečové tkaniny, jež v něm byla napnuta. Tkanina sloužila jako projekční plocha, která ale zároveň reagovala na otisk ruky ovládajícího – kde se ruce otiskly do strečového materiálu, vytvořily se body, které působily na okolí gravitační silou, jež odpovídala síle, vynaložené rukou ovládajícího. Právě prostřednictvím tohoto mechanismu ovládá člověk tělesa, která prolétávají vesmírným prostorem, a ovlivňuje jejich dráhu v reálném čase.
Především studentům středních škol se na TVT představili významní čeští vědci a známí popularizátoři vědy – z bohatého přednáškového programu vzpomeňme například vystoupení molekulárního imunologa a ředitele Ústavu molekulární genetiky prof. Jiřího Hořejšího či seismologa dr. Aleše Špičáka z Geofyzikálního ústavu; s tradiční chemickou show slavil úspěch u nadšeného publika známý popularizátor dr. Michael Londesborough z Ústavu anorganické chemie.
Během Týdne vědy a techniky se návštěvníkům otevřelo rovněž na 70 pracovišť Akademie věd a spolupracujících organizací. Nezůstávejme proto pouze u výčtu nejrůznějších akcí TVT, jichž se pořadatelé zhostili s elánem vědcům vlastním, a vydejme se v reportáži redaktorky Jany Olivové tentokrát do útrob již zmíněného Geofyzikálního ústavu a Ústavu struktury a mechaniky hornin.
Jednou z nejcennějších deviz Týdne vědy a techniky AV ČR je bezesporu fakt, že skutečně nabízí „pro každého něco“, od školáků, které zajímá všechno, co se hýbá, bouchá, čadí či blýská, přes středoškoláky, jejichž zájmy i otázky už jsou hlubší a specializovanější, až po dospělé všech věkových skupin, kteří jdou za konkrétním tématem. Největší problém, jaký přitom musí návštěvník řešit, je vybrat si a stihnout alespoň minimum toho, co ho zajímá.
Vydávám se do Geofyzikálního ústavu AV ČR, který je magnetem pro skupiny i jednotlivce. Ujímá se mě dr. Matěj Machek a vede mě k „flašinetu“ – tak tamní vědci přezdívají názornému, důmyslnému modelu, na němž vysvětlují především dětem teorii deskové tektoniky a její projevy: můj průvodce „flašinet“ roztočí – a tektonické desky se rozpohybují; sleduji výstup teplejšího materiálu vzhůru v zemském plášti – a zřetelně vystupuje vztah mezi tím, kde se subdukční deska zanořuje a kde se dostává k povrchu magma, kde a proč se objevují pásma sopek…
Deformace hornin v zónách, v nichž dochází k subdukci a vzniku hor, mohou strukturní geologové sledovat i dlouho do historie a nestudují podle Matěje Machka pouze mechanickou deformaci hornin, ale i změny v jejich chemickém složení: „Když se horniny deformují, často mění svou hloubku, teplotu, pozměňuje se tlak, takže se mění i jejich minerální složení, probíhají různé reakce, z jedněch minerálů se stávají jiné a ty hovoří výmluvně: když se pak podíváme na dané horniny, můžeme zjistit, v jakých podmínkách docházelo k jejich deformaci. Zároveň se samozřejmě může měnit i chemismus. Ze studovaných hornin separujeme minerály s velkým obsahem radioaktivních prvků, které se rozpadají, a podle této rozpadové řady, podle izotopického složení dokážeme určit stáří daných hornin, dobu jejich vzniku nebo deformace. V terénu bereme vzorky, analyzujeme jejich chemické složení, orientaci jednotlivých minerálních zrn a další faktory – a díky tomu jsme lépe schopni popsat, jakým způsobem a za jakých podmínek se ony horniny deformovaly.“
„Na tři, dva, jedna – teď!, spustíme sopku!“ říká o pár místností dál dr. Prokop Závada do rozzářených dětských očí – a předvádí na vlastních modelech několik typů sopečných výbuchů i vrásnění – jeden jednoduchý pokus nazývá podle použitých ingrediencí „moučný vulkán“. „Ten přístroj má ještě druhou stranu, kde se ukazuje, co se stane, když sopka už nesoptí, nevybuchuje – třeba proto, že v těchto místech již není dostatek vody, která by do dané hloubky protekla, nebo je tam větší tlak a magma může nerušeně vstoupit kuželovou strukturou nahoru. Na povrchu kráteru potom vytvoří houbovité těleso, kterému říkáme lávový dóm: může mít šířku třeba kilometr v průměru a hloubku i 200 m – a my soudíme, že takovéto lávové dómy existovaly v Českém středohoří na místě tzv. vulkanických suků, jako je Bořeň u Bíliny, vrch Hněvín nebo Zlatník a další kopce. Myslíme si, že původní tvar těchto těles vypadal zhruba takto,“ ukazuje P. Závada další model určený pro návštěvníky, a pokračuje: „Následně po erozi trvající 20 nebo 30 milionů let z nich zbyly pahýly, již zmíněné vulkanické suky, jako je Bořeň nebo Devil’s Tower v USA.“
Modely a pokusy sloužící ke skutečně vědeckým účelům jsou samozřejmě mnohem složitější: „Vyžadují mnohem delší čas na přípravu a musíme jich vytvořit také celou řadu, abychom pokusy vyladili tak, aby odpovídaly co nejvíc přírodní předloze a abychom si za svými výsledky mohli stát a prezentovat je vědecké veřejnosti. To znamená vytvořit celou řadu slepých pokusů umožňujících odhadnout hraniční podmínky a poté věrně simulovat problém, který nás zajímá,“ dodává Prokop Závada. Ví, o čem mluví, protože záliba v modelování různých geologických procesů a útvarů v přírodě ho přivedla až k formulování a experimentálnímu prokázání zcela nové hypotézy uceleně vysvětlující vznik jedné ze světově významných geologických lokalit, vulkanického monumentu Devil’s Tower neboli Ďáblova věž ve Wyomingu v USA – a potažmo také Bořně u Bíliny. Modely a experimenty pomohly pochopit, jakým způsobem tato tělesa chladnou, jak v nich vznikají puklinové systémy a jak z nich v důsledku eroze postupem času zbydou pouze homolovitá tělesa, která vidíme dnes. Prokopu Závadovi přinesly Prémii Otto Wichterleho pro mladé vědecké pracovníky.
Foto: Archiv GFÚ AV ČR
Vyjdu po pár schodech do Seizmického oddělení Geofyzikálního ústavu AV ČR, abych se podívala, jak se měří a vyhodnocuje zemětřesení. Doktor Jan Zedník zrovna objasňuje, jak se zemským tělesem šíří různé seizmické vlny – a popisuje i rozdíl mezi starými mechanickými seizmometry, v nichž se při zemětřesní pohybovala hmota – bývaly to zavěšené i několikasetkilogramové železné válce – vůči Zemi, a mezi nesrovnatelně citlivějšími moderními seizmometry fungujícími na principu zpětné vazby, jež dokážou registrovat jak velmi slabé pohyby, tak silná zemětřesení, aniž by se „přebudily“; nejlepší z nich jsou dokonce vakuované.
Šance podívat se na tavicí proces skel a jeho modelování mě v Týdnu vědy a techniky AV ČR zavedla do oddělení struktury a vlastností materiálů Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR, kde se využívá experimentálního a matematického modelování k výzkumu vztahů mezi strukturou a vlastnostmi anorganických a organických materiálů, ke studiu jejich přípravy a energetického zpracování. Zajímají mě především procesy probíhající při tavení skel: poté, co se směs surovin při vysokých teplotách v peci rozkládá, dochází k různým reakcím, při nichž se uvolňuje velké množství plynu a vznikají bubliny, které se uzavírají v taveninách – což je samozřejmě nežádoucí. „Snažíme se tyto procesy popsat teoreticky a porozumět principu chování bublin, což pak samozřejmě pomáhá i správně nastavit základní parametry ve výrobě a optimalizovat některé výrobní podmínky, abychom předešli nežádoucím efektům, jako je třeba nadměrné pěnění. Zjišťujeme, jak předejít tomu, aby bubliny zůstávaly ve výrobku jako vada, snažíme se hledat jejich původ – kde mohly vstoupit do taveniny, jestli pocházejí z rozkladu surovin nebo jsou vneseny mechanicky mícháním či se uvolní ze žáromateriálů, z nichž je postavena vlastní pec – a následně je odstranit. Všechny tyto teoretické poznatky pomáhají odhalit zdroje potenciálních vad,“ říká dr. Marcela Jebavá. Základním požadavkem pro výrobní technologie je zbavit se bublin co nejrychleji a nejefektivněji. „Primárně se do vstupních surovin přidávají čeřicí látky, které se za vysokých teplot rozkládají, uvolňují velké množství plynu – a jak se jím tavenina přesytí, dochází k difuzi plynů do bublin, k jejich rychlejšímu růstu, a tudíž i k rychlejšímu vzestupu k hladině a rychlejšímu odstranění. Dá se to samozřejmě ovlivnit teplotou: čím vyšší teplota, tím rychlejší je celý proces; dá se to ovlivnit i vnějším tlakem – v uzavřeném zařízení, kde dokážeme vytvořit snížený tlak v atmosféře, můžeme také vše urychlit.“ Vědci proto zkoumají též prostředky nejúčinnějšího urychlení příslušného procesu: „Hráli jsme si i s odstředivou silou, i když spíš v podobě matematického modelování: namodelovali jsme centrifugu. Samozřejmě, že princip funguje za nějakých optimálních podmínek – druhá věc je technická realizace,“ připouští M. Jebavá.
Foto: Archiv GFÚ AV ČR
Připojuji se ke skupince středoškoláků a společně vcházíme do laboratoře, kde se zkoumá zpracování a využití biomasy a dalších odpadů. Trochu překvapeně čtu nápisy na nádobách se vzorky: březové hobliny, švestkové a meruňkové pecky, pistácie, pomerančová kůra… jsou zde ale i plasty. „Své úsilí zaměřujeme v poslední době na tepelné zpracování organických polymerních odpadů, jichž se vrší čím dál víc, na užitečné produkty, jako jsou oleje, energetický plyn s vysokým obsahem vodíku nebo – v tuhé fázi – bezdýmná paliva nízkosirná či dokonce bezsirná a také uhlíkaté sorbenty, které jsou velmi vděčnou látkou pro čištění vzdušnin nebo odpadních vod,“ popisuje doc. Pavel Straka a na mou otázku doplňuje, co patří mezi organické polymerní odpady: „Jakkoli učeně ten název zní, tak jsou to zcela prozaické materiály, jako je třeba PVC, polyetylenové sáčky, předměty z tzv. vysokohustotního polyetylenu nebo z polypropylenu, např. víčka od lahví od limonády nebo známé PET láhve, které se nyní staly vážným problémem ohledně zpracování polymerních odpadů. Čili jedná se o běžné plasty, ale vedle toho i o odpady speciálního druhu, třeba z biologických procesů nebo ze zemědělské činnosti, jako jsou slupky nebo dřevná drť, štěpky.“ Zpracovávat jednotlivé druhy odpadů samostatně by nebylo tak složité, vědci se však snaží navrhovat technologie zpracování směsí, a to směsí komplikovaných a mnohotvárných.
Foto: Archiv ÚSMH AV ČR
Rozruch mezi studenty pak vyvolá exkurze do oddělení kompozitních a uhlíkových materiálů, které by měly najít využití v medicíně. Od dr. Tomáše Suchého se dozvídáme, že si dali mimo jiné za cíl připravit kompozitní a nanokompozitní materiály napodobující přirozenou kostní tkáň. Stěžejními látkami, s nimiž pracují, jsou proto kolageny a kalciumfosfáty. Snaží se je izolovat z kůže a kostí zvířat, ale třeba i kaprů, a převádět do požadované formy kolagenových nanovláken nebo nanočástic kalciumfosfátů. Jeden z procesů, jimiž kolagen prochází, je vakuové vymrazování neboli lyofilizace, kdy kolagen nabývá podoby připomínající vatu. Na dokreslení, co se při tomto procesu děje, rozdává doktor Suchý lyofilizované jahody: ztratily zmrzlou vodu, která při nízkém tlaku a teplotě vysublimovala, ale zachovaly si svou strukturu, barvu, údajně i chuť a vitaminy – nadšení studenti ochutnávají, já se držím zpátky, i když se prý lyofilizací upravuje, respektive suší spousta potravin… Záměr badatelů z Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR je však nepoměrně složitější: kolagen v podobě „vaty“ dále zpracovávají, aby nakonec mohl sloužit například jako „lešení“ či nosič kmenových buněk pacienta. „Je to vlastně taková jen dočasná výplň, která slouží k tomu, aby se tam buňkám dobře dařilo, aby se namnožily a samy potom původní kompozit (ono „lešení“), který jsme do dané kosti vložili, v podstatě přemodelovaly a metabolizovaly do lidské kosti,“ objasňuje dr. Monika Šupová. Aby ovšem buňky nosičem dobře prorůstaly, ten musí mít stejnou či podobnou porozitu i další vlastnosti jako kost. Vědci se proto snaží najít optimální podobu svých materiálů, aby kost co nejlépe napodobovaly z hlediska jak složení, tak struktury a mechanických vlastností. S kolagenem však provádějí i řadu dalších „kouzel“ – například ukázkami „síťování“ okouzlili i návštěvníky Týdne vědy a techniky AV ČR.
JANA OLIVOVÁ a LUDĚK SVOBODA