Celkem jedenáct nových projektů podpoří od příštího roku Grantová agentura České republiky (GA ČR) ve spolupráci s polskou agenturou Narodowe Centrum Nauki (NCN). Na jednom z těchto projektů budou spolupracovat i výzkumníci z Rakouska, jejichž financování obstará rakouská agentura Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF).
Projekty byly hodnoceny formou Lead Agency, kdy jedna z agentur vystupuje jako hodnoticí agentura a druhá, případně i třetí, jako agentura partnerská, která hodnocení přebírá. U všech podpořených projektů byla hodnoticí agenturou polská NCN. Každá z agentur hradí tu část nákladů, která připadá na vědce z její země. Řešení tříletých projektů začne od ledna příštího roku.
Projekty financované NCN a GA ČR
23-09472L
RNDr. Edvard Ehler, Ph.D.
Bioarcheologická analýza původu a mobility lidských populací pozdní doby bronzové a starší doby železné ve střední Evropě
Ústav molekulární genetiky AV ČR, v.v.i.
23-09731L
doc. Mgr. Michal Botur, Ph.D.
Reprezentace algebraických sémantik pro substrukturální logiky
Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta
23-09516L
Mgr. Edyta Tabor, Ph. D.
Zelené CO2 – průzkum cest k udržitelné výrobě platformových chemikálií
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i.
23-09699L
Martin Fotta
Nerovné občanství a transnacionální mobilizace polských, českých a ukrajinských Romů tváří v tvář válce na Ukrajině
Etnologický ústav AV ČR, v.v.i.
23-09559L
RNDr. Eduard Petrovský, CSc.
Původ železitých minerálů ve vysoce propustných půdách a určení půdních diagnostických vrstev pomocí magnetických parametrů
Geofyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
23-09662L
prof. Dr. Ing. Martin Melecký, Ph.D.
Návrat státního kapitalismu: dopad státního vlastnictví na trhy, zadluženost a životní prostředí
Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Ekonomická fakulta
23-09778L
prof. Ing. František Wald, CSc.
Materiálová a konstrukční odezva na dynamická zatížení za požáru
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební
23-09637L
RNDr. Karel Tůma, Ph.D.
Vliv difúze na vznik omega fáze v metastabilních slitinách beta-Ti: mikromechanický vhled s využitím phase-field modelování
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta
23-09743L
Mgr. Maksym Buryi, Ph.D.
Pokročilé monokrystalické tenkovrstvé scintilátory na bázi komplexních oxidových sloučenin: inženýrství přenosu energie pro optimalizaci výkonu
Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
23-09730L
M.Sc. Petr Štěpánek, Ph.D.
Atmosférická cirkulace a extrémy počasí ve střední Evropě a jejich reprezentativnost v klimatických modelech
Ústav výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i.
Projekt financovaný NCN, FWF aGA ČR
23-09697L
PharmDr. Miloš Petřík, Ph.D.
Využití syntetických sideroforů pro molekulární zobrazování
Tyto a další mezinárodní projekty jsou podpořeny díky iniciativě WEAVE, jejímž je GA ČR zakládajícím členem. Cílem této iniciativy je usnadnit vědeckou spolupráci mezi celkem 12 evropskými agenturami podporujícími základní výzkum a umožňovat řešení vědeckých projektů výzkumným týmům až ze 3 zapojených států.
Emise ze spalovacích motorů, ať už benzínových nebo dieselových, mají prokazatelně negativní vliv na lidské zdraví, včetně zvýšeného rizika vzniku nádorových onemocnění. V souvislosti se snahami o zlepšení kvality ovzduší jsou vyvíjeny nové motory generující menší množství toxických látek a jsou též využívána alternativní paliva (např. na bázi směsí benzínu s etanolem). I když z hlediska množství produkovaných škodlivin jsou nové technologie bezesporu krokem vpřed, otázka dopadu emisí z moderních motorů na lidské zdraví není dosud uspokojivě objasněna. Roli hraje například i fakt, že moderní motory s přímým vstřikováním paliva produkují velké množství částic malých velikostí, které mohou potenciálně lidské zdraví poškozovat, experimentální důkazy však nejsou k dispozici. Právě na tuto tematiku se s podporou GA ČR zaměřil projekt vědců z Ústavu experimentální medicíny AV ČR a ČVUT.
Obecně platí, že pro získání přesných informací o působení škodlivých látek na lidský organismus je ideální provádět tzv. epidemiologické studie, tj. studie na lidských populacích, o nichž víme, že jsou dané škodlivině vystaveny. Takové studie mají však řadu omezení, zejména v souvislosti s obtížností získání dostatečně velkých skupin vyšetřovaných osob (tzv. kohort), cenou analýz a dostupností biologického materiálu. Vědci se proto snaží o vývoj tzv. modelových systémů, s nimiž bude experimentální činnost snazší než v případě lidských populací, přitom však získané údaje bude možné převést na lidský organismus. Mezi tyto modelové systémy patří buněčné kultury různého druhu, které jsou pěstovány ve sterilních podmínkách ve vhodném kultivačním médiu (tzv. in vitro metoda). Zde však věda naráží na omezení dvojího druhu.
Za prvé vlastní charakter buněčných kultur neodpovídá situaci v lidském organismu. In vitro kultury jsou většinou tvořeny jedním typem buněk (často nádorového původu) kultivovaných v jedné vrstvě pod hladinou živného média. Tato situace se diametrálně odlišuje od lidských tkání, kde mezi sebou interaguje řada buněčných typů, které rostou v prostorovém (3D) uspořádání.
Za druhé se pak toxické látky (včetně motorových emisí) v ovzduší vyskytují v podobě tzv. komplexních směsí, které jsou tvořeny částicemi různých velikostí, na něž jsou vázané chemické látky, a dále směs plynů lišících se toxicitou a reaktivitou. V in vitro podmínkách je velmi obtížné dosáhnout působení této komplexní směsi na buněčné kultury, proto se používají alternativní přístupy, v nichž jsou ze směsi separovány například jen samotné částice, nebo jsou z částic získávány chemickou extrakcí organické látky, které jsou následně testovány in vitro. Uvedené přístupy jsou sice experimentálně jednodušší, nevyhnutelně však zkreslují informace, které výzkumníci o vlivu emisí na lidský organismus získají.
V posledních letech je věnována velká pozornost vývoji systémů, které by umožnily otestovat vliv komplexní směsi škodlivých látek v ovzduší v in vitro modelech, které se co nejrealističtěji podobají podmínkám v lidském organismu. Tomuto záměru se věnoval i projekt „Mechanismy toxicity emisí z benzínových motorů v 3D tkáňových kulturách a v modelové bronchiální epiteliální buněčné linii“ financovaný Grantovou agenturou ČR (GA ČR), na kterém spolupracovali vědci z Ústavu experimentální medicíny AV ČR (ÚEM AV ČR) a Fakulty strojní Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT). Hlavními řešiteli projektu byli RNDr. Pavel Rössner, Ph.D., (ÚEM AV ČR) a prof. Michal Vojtíšek, M.S., Ph.D. (ČVUT).
V rámci tohoto mezioborového projektu se vědci nejprve věnovali vývoji přenosného zařízení, tzv. mobilnímu expozičnímu systému, který je uzpůsobený ke kultivaci buněčných kultur a do něhož jsou zaváděny kompletní motorové emise (tj. komplexní směs škodlivin tak, jak je uvolňována z výfuků automobilů). Emise byly získány v laboratorních podmínkách z motorů spalujících standardní benzín a palivo s příměsí etanolu, následně byly ochlazeny, naředěny a zavedeny do expozičního systému. V něm byly kultivovány tzv. 3D modely lidské plicní tkáně. Jedná se o rekonstituovanou kulturu získanou z plic lidských dobrovolníků, která je tvořena několika buněčnými typy, které rostou ve více vrstvách. Důležitý je též fakt, že kultury jsou vyživovány médiem ze spodní části kultivační nádobky s tím, že v horní části kultury je umožněn přímý kontakt s okolním ovzduším, v tomto případě s naředěnými motorovými emisemi. Tyto kultury, pěstované tzv. na rozhraní vzduch-kapalina (air-liquid interface — ALI), v současnosti představují jeden ze systémů, který nejvíce přibližuje kultivační podmínky in vitro situaci v lidském organismu.
V další fázi projektu prováděli vědci biologické testy, jejichž cílem bylo identifikovat změny v DNA, lipidech a proteinech, indukované vlivem motorových emisí. Jednalo se např. o stanovení zlomů v DNA, peroxidaci lipidů, analýzu exprese vybraných genů a produkci molekul, které mají vztah k prozánětlivé odpovědi. Pro tyto účely byla srovnána odpověď 3D buněčných modelů a standardních buněčných kultur rostoucích v jedné vrstvě. Dále byl porovnán vliv kompletních emisí a separované frakce organických látek vázaných na částice v emisích, tzv. extrahovatelná organická hmota (EOM). Vědci pozorovali zásadní rozdíly ve výsledcích biologických testů, jak při srovnání obou typů buněčných kultur, tak při porovnání vlivu kompletních emisí a EOM. „Výsledky ukázaly, že pro testy motorových emisí jsou 3D buněčné modely jednoznačně vhodnější oproti standardně používaným jednovrstevným kulturám. Zásadní pak pro nás bylo zjištění, že biologický efekt celkových emisí se výrazně liší od vlivu EOM s tím, že motorové emise ze standardního benzínového paliva indukují v 3D buněčných kulturách nejvíce negativních účinků, zvláště takových, které jsou spojeny s peroxidací lipidů a produkcí pro-zánětlivých molekul,“ uvedl hlavní řešitel projektu RNDr. Pavel Rössner, Ph.D.
Projekt tak poukázal na důležitost použití alternativních benzínových paliv při snižování negativních účinků emisí na lidské zdraví a zdůraznil důležitost volby vhodného experimentálního modelu při laboratorních testech škodlivin v ovzduší.
V již třetím ročníku grantových projektů JUNIOR STAR Grantová agentura České republiky (GA ČR) podpořila z celkových 228 podaných návrhů 23 projektů excelentních začínajících vědců. Vybrané podpořené projekty, které začaly v letošním roce, vám postupně představíme ve webovém seriálu obdobně jako v předchozích letech.
Granty JUNIOR STAR jsou určeny pro začínající vědce, kteří dokončili doktorát maximálně před osmi lety, mají za sebou významnou zahraniční zkušenost a již publikovali v prestižních zahraničních časopisech. Díky pětileté době řešení a nadstandardní finanční podpoře až 25 milionů korun umožňují granty vědecké osamostatnění a případně i založení vlastní výzkumné skupiny. Celkem bylo podpořeno již 69 projektů.
Objasnění vlivu atmosférických gravitačních vln na klima
RNDr. Petr Šácha, Ph.D., Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova
„Zkoumáním vnitřních gravitačních vln prostřednictvím nebývale podrobných simulací klimatických modelů přispějeme k lepšímu pochopení jevů v atmosféře.“
Vnitřní gravitační vlny (VGV), ač jsou pro lidské oko neviditelné, hrají významnou roli ve fungovaní atmosféry. Hlavními cíli projektu JUNIOR STAR Petra Šáchy, na kterém bude spolupracovat i s předními světovými centry zabývajícími se atmosférou a modelováním klimatu, je přezkoumání vlivu VGV na atmosféru a na základě získaných poznatků zformulování nového systému popisu VGV v globálních klimatických modelech.
„Projekt by měl během celého svého průběhu přispívat k lepšímu pochopení dynamiky a transportu v atmosféře a bude velikým úspěchem, pokud se nám podaří vytvořit a zdárně implementovat novou parametrizaci vnitřních gravitačních vln pro klimatické modely a přispět tak k zmenšení neurčitosti projekcí budoucích změn klimatu,“ dodává řešitel projektu doktor Šácha.
Současné výpočetní možnosti totiž nedovolují celé spektrum těchto procesů plně rozlišit v klimatických ani globálních předpovědních modelech. Přístupy využívané k parametrizaci VGV jsou tak formulovány na základě mnoha zjednodušení a obsahují libovolně volitelné parametry.
Aby bylo možné přesněji předpovídat dlouhodobé změny cirkulace v atmosféře, je nezbytné lépe porozumět vlivu VGV na atmosférické procesy a klimatické jevy. Tyto hlubší znalosti umožní jevy v klimatických modelech správně simulovat a tím dosáhnout přesnějších projekcí změn v atmosféře. Přesná kvantifikace a začlenění těchto efektů do modelů umožní dlouhodobější předpovědi vývoje počasí a sníží nejistotu předpovědí budoucího vývoje klimatu. Tímto způsobem bude možné dosáhnout pokroku například v otázkách regionálních změn extrémních projevů počasí v důsledku globální změny klimatu.
„Projekt je už ze své podstaty předurčen k tomu mít mezinárodní přesah a je třeba na něj pohlížet jako na příspěvek České republiky k celosvětovému výzkumu atmosféry a změny klimatu,“ doplňuje Petr Šácha.
Udělený Projekt JUNIOR STAR sehrál klíčovou roli i při rozhodnutí řešitele se spolu s rodinou vrátit do České republiky a věnovat se zde výzkumu na plný úvazek.
RNDr. Petr Šácha, Ph.D.
Vývoj inhibitorů polymerizace aktinu jako potenciálních migrastatik
Mgr. et Mgr. Pavla Perlíková, Ph.D., Fakulta chemické technologie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Hledáme látky, které by v budoucnu mohly zabránit nádorovým buňkám tvořit metastázy.“
I přes rozsáhlé poznatky o pohybu a šíření nádorových buněk v těle dosud neexistují žádné klinicky používané látky, které by tyto procesy účinně zastavily. Právě metastázy neboli druhotná ložiska nádoru v jiných částech těla jsou u onkologicky nemocných pacientů hlavní příčinou úmrtí. I proto se Pavla Perlíková v rámci svého JUNIOR STAR projektu snaží najít látky, které by metastázování zastavily a jejichž klinické použití by v budoucnu mohlo doplnit stávající možnosti léčby rakoviny.
„V našem projektu plánujeme připravit látky, které zabrání aktivnímu pohybu nádorových buněk. Nádorové buňky používají několik způsobů pohybu, mezi kterými mohou přepínat podle toho, jakým prostředím putují. Všechny ale mají společný jeden proces — polymerizaci aktinu. Aktin je bílkovina, která tvoří dlouhá vlákna — mikrofilamenta a tvoří oporu buňky, buněčnou kostru. Pokud se buňka pohybuje, musí se vlákna prodlužovat (polymerizovat) ve směru pohybu. Pokud použijeme látku, která polymerizaci zabraňuje, buňka bude stále živá, ale nebude se moct hýbat a šířit se dále v těle,“ vysvětluje řešitelka projektu Pavla Perlíková.
Na projektu se budou podílet teoretičtí a syntetičtí chemici společně s buněčnými biology. „Doufám, že projekt umožní všem členům týmu rozšířit si obzor i v dalších disciplínách mimo původní specializaci,“ dodává doktorka Perlíková.
Výsledkem projektu bude připravení několika potenciálních látek pro další preklinický vývoj a zlepšení porozumění mechanismům, kterými je v nádorových buňkách řízena polymerizace aktinových vláken.
Mgr. et Mgr. Pavla Perlíková, Ph.D. (foto: L’Oréal Pro ženy ve vědě)
Dynamika postojů adolescentů k cizincům
Mgr. Aleš Kudrnáč, Ph.D., Sociologický ústav AV ČR, v.v.i.
„Chceme lépe porozumět procesu formování názorů adolescentů na společnost a okolí a zjistit jakou roli v něm hraje školní prostředí a vzdělávání.“
Výzkumy prokázaly, že lidé s vyšším vzděláním mají v průměru liberálnější postoj a jsou tolerantnější vůči jiným skupinám obyvatel. Přesto se však stále příliš neví, proč k tomuto rozdílu dochází. Projekt JUNIOR STAR Aleše Kudrnáče zaměřený na zkoumání vlivu vzdělávání a školního prostředí na postojový vývoj adolescentů se snaží odhalit některé z mechanismů, které za těmito rozdíly mohou stát.
Projekt se zaměřuje na vztah mezi postoji adolescentů a jejich kognitivními schopnostmi, životní spokojeností, pocity jistoty či nejistoty a také na to, jaké informace získávají ve škole a jaký vliv na ně mají jejich spolužáci.
Jádrem projektu bude rozsáhlé dotazníkové šetření na středních školách a odborných učilištích, kdy budou ti samí žáci a žákyně dotazováni každý rok jejich středoškolského studia. Dotazníkové šetření začne letos na podzim a očekává se, že se zapojí přes 4 tisíce žáků a žákyň z více jak 200 škol. Bude tak možné sledovat nejen rozdíly mezi školami, žáky a žákyněmi, ale i to, jak se vyvíjí názory, chování a další ukazatele v čase a v závislosti na změnách na škole a mezi spolužáky a spolužačkami.
„Jsem přesvědčený, že výsledky našeho výzkumu mají potenciál sloužit i jako datový podklad pro změny v českém školství. Nakonec i proto spolupracujeme s ministerstvem školství a Českou školní inspekcí. Společným cílem je co nejvíce koordinovat náš sběr dat tak, aby byl úspěšný a využitelný i v kombinaci s dalšími dostupnými daty,“ konstatuje řešitel projektu doktor Kudrnáč.
Projekt JUNIOR STAR byl pro Aleše Kudrnáče impulsem se po čtyřech letech strávených na univerzitě ve Švédsku vrátit zpět do České republiky.
Mgr. Aleš Kudrnáč, Ph.D.
Vysocepevné a voděodolné MOC kompozity se sekundárními plnivy: příspěvek 2D uhlíkových nanomateriálů a jejich kombinací
prof. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D., Ústav anorganické chemie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Vyvíjíme vysocepevné, voděodolné, CO2 neutrální a zcela recyklovatelné kompozity, které by v budoucnu mohly ve stavebnictví částečně nahradit portlandský cement.“
Portlandský cement je ve stavebnictví nejčastěji používaný typ cementu. Málokdo již však ví, že procesy spojené s jeho produkcí odpovídají za zhruba 7 % celosvětové produkce emisí CO2. Materiály, které se profesor Ondřej Jankovský a jeho tým v rámci JUNIOR STAR projektu snaží vyvinout, mají vlastnosti srovnatelné s portlandským cementem, ale jsou výrazně šetrnější k životnímu prostředí. Ve svém výzkumu se soustředí primárně na kompozity na bázi MOC (magnesium oxychloride cement), které mají CO2 neutrální stopu.
„Materiály na bázi MOC prozatím nemají široké využití v praxi. Existují dva hlavní faktory, kvůli kterým tyto materiály nejsou široce využívány. Prvním jsou vyšší náklady na výrobu v porovnání s náklady na výrobu portlandského cementu. Druhým faktorem je zejména špatná odolnost těchto materiálů vůči vodě, což se projevuje v rychlé degradaci mechanických vlastností,“ konstatuje profesor Jankovský.
Jeho JUNIOR STAR projekt je inovativní díky využití kombinace 2D uhlíkových nanomateriálů a vybraných druhotných odpadních plniv v MOC matrici. Tímto přístupem se vytvoří vysocepevné kompozity s vynikající odolností vůči vodě. Jednou z dalších výhod těchto materiálů je jejich zcela recyklovatelná povaha.
Projekt kombinuje inovativní materiálový výzkum s multidisciplinárním přístupem, což otevírá nové perspektivy pro vývoj pokročilých kompozitních materiálů. Profesor Jankovský na projektu spolupracuje nejen s ČVUT v Praze, ale i s německou univerzitou TU Bergakademie Freiberg.
prof. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D. (v popředí) se svým výzkumným týmem
Kolize dvou proti sobě se pohybujících kontinentálních desek vede k vrásnění (orogenezi) a vzniku pásemných pohoří, jako jsou například Alpy nebo Himaláje. Orogeneze po miliardy let formovala a stále formuje tvář naší planety. Dynamika těchto procesů se pak odráží ve variabilitě prostředí na Zemi, jež je hnacím motorem evoluce, a tedy i biodiverzity. Naše znalosti hluboké stavby kolizních orogénů (tedy právě vznikajících pásových pohoří) však zůstávají omezené. Naštěstí přímou možnost studia povahy hlubší kůry orogénů poskytují starší, hluboce erodovaná horstva. Nepřímo pak o charakteru a složení svých spodně korových a plášťových zdrojů vypovídají i vyvřelé (magmatické) horniny.
Variská horstva – okna do hlubších korových úrovní kolizního orogénu
Velká část střední a západní Evropy byla zformována během variské orogeneze, v devonu–permu, tedy před 390 až 310 milióny let (obr. 1). Zvláštním a přitom ve variském orogénu běžným typem magmatických hornin jsou tmavé, draslíkem bohaté syenity až žuly (granity), označované řadou lokálních jmen, např. durbachity, vaugnerity, appinity nebo redwitzity. Spojuje je duální charakter – složení kombinující charakteristiky typické pro magmata vzniklá tavením kontinentální kůry (např. vysoké obsahy prvků s korovou afinitou, např. alkalických kovů, Th, U a Pb; izotopické složení Sr, Nd, Pb a Li) a zemského pláště (vysoké obsahy prvků Mg, Cr a Ni, nízké obsahy Si, složení izotopů Mg a Cr).
Obr. 2 Zjednodušená geologická mapa jižní části Českého masívu ukazující hlavní typy variských vyvřelých a přeměněných hornin zmiňovaných v textu.
Draselné magmatity a vysokotlaké granulity – unikátní horninová asociace ukazující na mechanismus variské kolize
U nás, v Českém masívu, se horniny tzv. durbachitové série vyskytují ve dvou pásech zhruba jihozápadního až severovýchodního směru (obr. 2). Jsou nápadné tmavou základní hmotou uzavírající velké krystaly draselného živce (obr. 3). Díky svému atraktivnímu vzhledu a pevnosti se durbachity staly ceněným stavebním kamenem již od středověku, a lze je tak vidět třeba na sakrálních stavbách v Třebíči, Velkém Meziříčí, Tasově, Písku nebo Milevsku (obr. 4).
Obr. 3 Horniny durbachitové série z Vogéz (Hora et al. 2021, Lithos). a – Celkový pohled na durbachit ze Sainte-Croix-aux-Mines. b –Detailní pohled na perfektně omezenou, zonální vyrostlici draselného živce.
Obr. 4 Bazilika sv. Prokopa v Třebíči postavená koncem 13. století z třebíčského durbachitu (foto F.V. Holub).
V obou pásech se s horninami durbachitové série vyskytují v úzkém prostorovém a časovém sepětí velká tělesa kontinentálních hornin přeměněných za vysokých teplot a tlaků (vysokotlakých granulitů) (obr. 2). Zajímavé je, že granulity v sobě uzavírají přímé důkazy svého hlubokého zanoření – různorodé a často i velmi velké fragmenty hornin zemského pláště, které při svém výstupu vynesly blíže k povrchu.
Problematikou vzniku draslíkem bohatých magmatitů se zabýval ukončený projekt týmu profesora Vojtěcha Janouška a jeho vědeckého týmu z České geologické služby a Ústavu petrologie a strukturní geologie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, který byl podpořen Grantovou agenturou ČR (GA ČR). Kombinované studium minerálního a chemického složení, včetně izotopických systémů Sr–Nd–Pb–Li–O–Mg–Cr, draselných magmatitů z lokalit České republiky a Francie (Vogéz a Centrálního masívu) (obr. 1) přineslo řadu zajímavých poznatků o plášťových i korových zdrojích mateřských magmat a jejich dalším vývoji. Takové údaje představují klíčový vstup jakéhokoli modelu, jenž si klade za cíl vysvětlit geologický vývoj evropské kůry a mělkého pláště.
Ukazuje se, že draslíkem bohatá magmata vznikla z anomálních plášťových domén, které byly krátce před tím silně kontaminovány vodnými fluidy uvolněnými během hlubokého podsouvání (subdukce) oceánské desky a vzniku magmatického oblouku (obr. 5a). Po uzavření oceánu a následné kolizi obou kontinentálních desek, byla jedna z nich zatažena do plášťových hloubek a nadložní litosférický plášť silně znečištěn jejím materiálem (obr. 5b–c). Konečně tyto anomální, silně kontaminované plášťové domény poskytly draslíkem bohaté taveniny s kuriózní kombinací chemických a izotopových charakteristik odvozených ze zemského pláště a kontinentální kůry (obr. 5d).
Obr. 5 Schematický model vzniku draselných magmatických hornin v Českém masívu. a – Subdukce oceánské desky, kontaminace nadložního pláště vodnými fluidy a vznik magmatického oblouku. b – Subdukující oceánská deska zatahuje jednu z kontinentálních desek do plášťových hloubek. c – Odlomení oceánské desky a výstup subdukované kontinentální kůry (přeměněné na vysokotlaké granulity a uzavírající plášťové fragmenty). d – Téměř zároveň vznikají draselná magmata tavením anomálních plášťových domén silně znečištěných granulitovým materiálem.
Hluboká subdukce kontinentální kůry bohaté radioaktivními prvky má dalekosáhlé důsledky pro termální stav a mechanické vlastnosti orogenní litosféry, jakož i procesy plášťového nabohacení korovými komponentami. Ukazuje se, že tradičně používané izotopické poměry prvků s afinitou k zemské kůře (Sr–Nd–Pb–Li) jsou v draselných magmatech dominovány signálem hluboce subdukovaných granulitů a dále přetištěny mísením s taveninami nadložní kontinentální desky horkého kolizního orogénu. V draselných magmatických horninách vzniklých ze silně nabohacených plášťových domén se proto tyto tradiční izotopické systémy jeví nevhodnými pro stopování plášťového příspěvku jednotlivých prvků. Vedou totiž k silnému podcenění role nově z pláště derivovaných magmat, při růstu kontinentální kůry v horkých kolizních orogénech („skrytý krustální růst”). Naproti tomu netradiční izotopické poměry prvků s afinitou k zemskému plášti (Mg–Cr) si převážně zachovávají svou originální plášťovou signaturu a jsou tak pro takový účel mnohem vhodnější.
Výsledky projektu byly publikovány, často ve spolupráci s francouzskými kolegy, v devíti článcích v časopisech s impaktovým faktorem, ve třech kapitolách monografie Londýnské geologické společnosti a byly prezentovány na řadě mezinárodních konferencí. Nově získané poznatky přispívají našemu lepšímu porozumění variability variského orogénu ve střední a západní Evropě. Ale především pochopení vzniku a významu draslíkem bohatých magmatitů s kuriózní smíšenou chemickou signaturou kůry a pláště, jakož i geotektonického vývoje mladých a dosud málo erodovaných horkých kolizních orogénů, např. Himalájí.
Úvodní Obr. 1Schématické zobrazení pozůstatků variského orogénu ve střední a západní Evropě s vyznačenými výskyty draslíkem bohatých magmatických hornin a vysokotlakých granulitů (podle Maierové et al. 2016, Tectonics).
Vědecká rada GA ČR přijala následující usnesení: „Vědecká rada GA ČR důrazně protestuje vůči záměru Ministerstva financí snížit rozpočet na vědu a výzkum v roce 2024 na 35,8 mld. Kč, tj. na historické 15leté minimum vzhledem k HDP (0,45 %). Důsledky takového snížení by mohly být katastrofální, protože by došlo mj. k odlivu vysoce kvalifikovaných pracovníků do zahraničí a omezení růstu mladých a perspektivních vědkyň a vědců, které ČR nesporně potřebuje pro svůj dlouhodobý rozvoj. Tento návrh by vedl nejen k prohloubení strukturálního deficitu v oblasti vědy, výzkumu a inovací, ale také k poklesu konkurenceschopnosti ČR.“
Pro mnoho žáků po celém světě nekončí vzdělávání v běžný školní den posledním zvoněním. Naopak nemalá část z nich pokračuje ve vzdělávání v dalších dodatečných placených kurzech nebo soukromých hodinách. U nás má tato forma vzdělávání dlouhou tradici, její historie se dá vystopovat již do období první republiky, kdy soukromé doučování nabízeli zejména učitelé na gymnáziích.
V posledních několika dekádách se soukromé doučování v zahraničí i u nás nejen značně rozšířilo, ale diverzifikovaly se také jeho podoby, formy a poskytovatelé. Obsah soukromého doučování je zpravidla úzce spjatý se školním kurikulem, s požadavky školy nebo různých přijímacích či závěrečných zkoušek, z toho důvodu se pro něj vžilo označení stínové vzdělávání. Mechanismy a způsoby tohoto propojení mezi formálním a stínovým vzděláváním nicméně dosud nebyly dostatečně prozkoumány. Proto se řešitelský tým projektu financovaného Grantovou agenturou ČR (GA ČR) složený z pracovníků Ústavu výzkumu a rozvoje vzdělávání Pedagogické fakulty Univerzity Karlovy rozhodl tyto vztahy komplexně analyzovat s ohledem na specifika našeho domácího kontextu.
V publikačních výstupech se výzkumníci zaměřili na několik stěžejních aspektů tohoto vzájemného propojení. Odpovídají na otázky, jak struktura našeho vzdělávacího systému ovlivňuje rozsah, podobu a charakter stínového vzdělávání, jak souvisí účast na doučování s vnímanou kvalitou školní výuky, jaká je role učitelů a samotných škol v poskytování stínového vzdělávání nebo jakým způsobem školy a soukromí doučující spolupracují. Svá zjištění výzkumníci opírají o rozsáhlá kvantitativní dotazníková šetření mezi žáky na 2. stupni základních škol a nižších stupních gymnázií a mezi jejich učiteli, ale také o poznatky získané hloubkovými rozhovory s řediteli škol (data byla sbírána ve školním roce 2018/2019).
Žáci na gymnáziích se doučují častěji než žáci na základních školách
Český vzdělávací systém je charakteristický časným rozdělováním žáků a odlivem jejich části na víceletá gymnázia, s čímž se pojí také skládání přijímacích zkoušek. Mezi žáky v jednotlivých vzdělávacích drahách se tak liší nejen rozsah soukromého doučování, ale také doučované předměty, obsah a cíl doučování či faktory, které účast na doučování ovlivňují.
Výzkumníci zjistili, že stínové vzdělávání během svého studia využilo 53 % gymnazistů, oproti 44 % žáků ZŠ. Zatímco gymnazisté využívali častěji stínové vzdělávání v angličtině, aby se v tomto cizím jazyce i více zdokonalili nad rámec školní výuky, u žáků základních škol naopak převládalo doučování v českém jazyce a matematice, což je dáno zejména přípravou na přijímací zkoušky, které si gymnazisté „odbyli“ v 5. (resp. 7.) třídě.
Struktura našeho vzdělávacího systému vede kvůli existenci osmiletých a šestiletých gymnázií k tomu, že se část žáků připravuje během povinné školní docházky až třikrát na přijímací zkoušky, což pro ně může představovat značnou psychickou zátěž a pro rodiče značné ekonomické náklady. Prokázala se také výrazná socioekonomická podmíněnost stínového vzdělávání, tedy že žáci s lepším rodinným zázemím využívají tuto formu vzdělávání častěji.
Ilustrační fotografie: sběr dat v terénu (dotazníkové šetření)
Kvalita výuky hraje roli, ale jen v některých předmětech
Výzkumníci předpokládali, že to, jak žáci (a zprostředkovaně jejich rodiče) vnímají kvalitu výuky ve škole, bude mít významný vliv na jejich rozhodnutí zajistit si soukromé doučování. Jejich hypotéza se potvrdila pouze v případě soukromého doučování v matematice a českém jazyce – využívají je častěji žáci, kteří školní výuku z vlastního pohledu nepovažují za zajímavou, kteří se ve školní výuce moc nenaučí a kteří si myslí, že jejich učitel neumí učivo dobře vysvětlit a nedovede je motivovat. V anglickém jazyce nicméně tato souvislost neplatí. Nejspíš proto, že angličtina je vnímána jako prostředek komunikace v moderní společnosti a nutná podmínka pro dobré budoucí pracovní uplatnění spíše než jako školní předmět. Do jazykových dovedností svých dětí tak investují zejména rodiče s vyšším socioekonomickým statusem bez ohledu na kvalitu výuky ve škole.
Více než třetina učitelů si přivydělává, přibližně třetina z nich soukromým doučováním
Přestože se výdělky učitelů v českých školách v posledních několika letech výrazně zlepšily, výzkumníci zjistili, že další pracovní činností si přivydělává 36 % učitelů (nejčastěji mimo obor vzdělávání). Soukromému doučování se věnuje přibližně třetina z nich. Častěji si přivydělávají muži, učitelé na zkrácený úvazek, učitelé s kratšími pracovními zkušenostmi a učitelé méně spokojení se svojí výplatou. Pro poskytování soukromého doučování je pak určující, jaký předmět učitel ve škole vyučuje (angličtináři, matematikáři a češtináři soukromě doučují častěji než jejich kolegové s jinou předmětovou specializací), nikoli spokojenost s výplatou. Výsledky výzkumu naznačují, že učitelé soukromě doučují i z jiných než finančních důvodů, kterými jsou například profesní rozvoj nebo pocit uspokojení z práce.
Stínové vzdělávání je legitimizováno úzkou spoluprací škol s jeho poskytovateli
Výzkumu se zúčastnila více než čtyřicítka škol z různých koutů republiky a řešitelé v nich zmapovali různé formy spolupráce s poskytovateli soukromého doučování. Část škol s nimi spolupracuje jen velmi volně, například ve svých prostorách zveřejňují informace a inzeráty. Jiné školy nicméně svým žákům, respektive jejich rodičům, aktivně stínové vzdělávání doporučují, někdy již i s tipem na konkrétního doučujícího. Zejména ve větších městech pak školy nabízejí své prostory k pronájmu svým vlastním učitelům, kteří ve škole soukromě doučují, nebo soukromým vzdělávacím společnostem (například jazykovým školám), které zajišťují nejen vzdělávání žáků, ale také další služby pro školu. Uvedené příklady jsou dokladem vysoké míry pronikání privátního sektoru do českého veřejného školství, které s sebou pro ředitele škol přináší mnohá etická dilemata spojená například s placeným doučováním vlastních žáků učiteli na půdě školy nebo legitimizací této služby s nejasnou kvalitou.
Koláž – mediální obraz soukromého doučování
Školy samy poskytují stínové vzdělávání
V mezinárodním měřítku jsou české školy unikátní v tom, že se samy často stávají poskytovateli stínového vzdělávání, a to tím, že organizují placené přípravné kurzy k přijímacím zkouškám. Ředitelům víceletých gymnázií však tímto nejde ani tak o zisk, který z kurzů škola má, jako spíše o snahu zvýšit povědomí o své škole mezi rodiči. V kontextu konkurence škol jde tak o marketingovou strategii, kterou víceletá gymnázia využívají k získání (dobrých) žáků ze základních škol. Pro ředitele ale není vždy snadné vyrovnat se s neochotou či očekáváními učitelů, kteří v kurzech mají vyučovat, s požadavky rodičů žáků nebo se správným nastavením ceny kurzu tak, aby nebyl ztrátový, ale zároveň aby nebyla cena diskriminační pro žáky z hůře finančně zajištěných rodin. Tyto kurzy jsou tak pro školy zbraní v konkurenčním boji, která ale může být dvojsečná podle toho, jak s ní školy zacházejí.
Nové výzkumné výzvy
Výsledky projektu podpořeného GA ČR ukázaly, že formální a stínové vzdělávání nejsou na sobě nezávislé entity. Naopak jejich vztah je v České republice velmi těsný a projevuje se v mnoha různých oblastech a mnoha různými způsoby, mnohdy i velmi kontroverzně.
Práce na výzkumu byla pro členy řešitelského týmu náročná, ale zároveň velmi obohacující už jen v tom, že díky projektu navštívili různé druhy škol ve všech koutech republiky, a mohli hovořit s jejich vedením nejen o otázkách stínového vzdělávání, ale i dalších aktuálních tématech týkajících se vzdělávání. Potvrdila se významná role, kterou stínové vzdělávání v našem vzdělávacím systému hraje. V projektu nicméně nebyly zjišťovány názory a postoje rodičů, tedy těch, kdo o zapojení dítěte do soukromého doučování rozhodují. Právě na ně se proto zaměřuje návazný výzkum, rovněž podpořený Grantovou agenturu České republiky. Brzy snad tedy budeme znát také odpověď na otázku: Proč a jak se rodiče rozhodují pro soukromé doučování svého dítěte?
Řešitelé:
PhDr. Vít Šťastný, Ph.D. (hlavní řešitel)
PhDr. Martin Chvál, Ph.D. (člen řešitelského týmu)
prof. PhDr. Eliška Walterová, CSc. (členka řešitelského týmu)
vědecká rada Grantové agentury České republiky s velkým znepokojením sleduje návrh státního rozpočtu pro vědu a výzkum pro rok 2024. Dle dostupných informací plánuje Ministerstvo financí snížení rozpočtu na vědu a výzkum v roce 2024 na 35,8 mld. Kč. Vzhledem k HDP by rozpočet v této kapitole dosáhl pouhých 0,45 %, tedy historického 15letého minima. Tato skutečnost zejména ve světle dvouciferné inflace znamená prudké snížení reálných investic do této oblasti a přímé ohrožení konkurenceschopnosti České republiky.
V rámci Grantové agentury České republiky se dlouhodobě věnujeme podpoře základního výzkumu, který přináší nejen nové poznatky, ale vytváří intelektuální základnu, jež se ukázala velmi efektivní při řešení složitých celospolečenských krizí, jako byla např. pandemie COVID-19. Snažíme se podporovat excelenci ve vědě a výzkumu a zaměřujeme se také na podporu mladých a začínajících vědkyň a vědců, neboť na jejich bedrech bude stát další rozvoj konkurenceschopnosti České republiky. Velmi nám záleží na tom, aby situace ve vědě byla stabilní, nedocházelo k odlivu mozků a vědeckých kapacit do zahraničí a nastupující generace spatřovala perspektivu v této oblasti.
Z toho důvodu jsme na svém zasedání přijali usnesení ve znění: „Vědecká rada GA ČR důrazně protestuje vůči záměru Ministerstva financí snížit rozpočet na vědu a výzkum v roce 2024 na 35,8 mld. Kč, tj. na historické 15leté minimum vzhledem k HDP (0,45 %). Důsledky takového snížení by mohly být katastrofální, protože by došlo mj. k odlivu vysoce kvalifikovaných pracovníků do zahraničí a omezení růstu mladých a perspektivních vědkyň a vědců, které ČR nesporně potřebuje pro svůj dlouhodobý rozvoj. Tento návrh by vedl nejen k prohloubení strukturálního deficitu v oblasti vědy, výzkumu a inovací, ale také k poklesu konkurenceschopnosti ČR.“
Vážený pane premiére, obracíme se na Vás s nejvyšší naléhavostí a žádáme vás, aby vláda České republiky přijala taková rozpočtová opatření, která nepovedou k prohloubení strukturálního deficitu v oblasti vědy a výzkumu a ohrožení konkurenceschopnosti České republiky.
Za členy vědecké rady Grantové agentury České republiky
Poranění mozku a míchy představují v současné době významný problém nejen kvůli stoupající četnosti nových případů, ale především pro svou závažnost a značné socio-ekonomické dopady na společnost. V případě obou typů poranění se jedná o velmi závažné akutní stavy s vysokou úmrtností, které vyžadují bezodkladnou lékařskou péči a v některých případech i dlouhodobou péči následnou. Mezi nejčastější poranění centrálního nervového systému patří cévní mozková příhoda, intrakraniální trauma a míšní léze.
Cévní mozková příhoda, lidově mrtvice, je náhlá porucha krevního oběhu mozku, která vede k nevratnému poškození mozkové tkáně. Celosvětově se jedná o druhou nejčastější příčinu úmrtí. V České republice se každoročně vyskytne přibližně 25 tisíc nových případů. Intrakraniální trauma neboli traumatické poranění mozku představuje poranění způsobené fyzickým traumatem (např. úderem, úrazem, autonehodou apod.), přičemž poničeny bývají různé části mozku dle místa poranění. Posledním typem poranění jsou míšní léze vzniklé v důsledku devastujícího poškození některé části míchy. Při tomto typu poranění dochází k přerušení vedení vzruchů míchou, čímž je ovlivněna nejen hybnost končetin, ale taktéž činnost mnohých tělesných systémů, což vede k vážným a trvalým zdravotním následkům.
I přes obrovský pokrok ve vědě a medicíně, zůstávají metody diagnostiky a léčby poranění mozku a míchy značně omezené. Ačkoliv dnes již zcela neplatí, že „nervové buňky se neobnovují“, obnovení funkce poškozeného nervového systému je stále vzdáleným cílem, na jehož dosažení pracuje mnoho vědeckých týmů po celém světě, mezi které patří také týmy vědců z Ústavu experimentální medicíny AV ČR (ÚEM AV ČR) a Biotechnologického ústavu AV ČR (BTÚ AV ČR) v centru BIOCEV, které se společně rozhodly hledat nové možnosti diagnostiky a léčby těchto závažných stavů. V rámci projektu podpořeného Grantovou agenturou ČR s názvem „MikroRNA v poranění nervové soustavy: potenciální úloha a terapeutický význam“ si oba týmy vytyčily nesnadný cíl, a to odhalení změn v nervové tkáni na úrovni genové exprese po poranění mozku a míchy, se zvláštním důrazem právě na míšní poranění. Na studii se podíleli také vědci z Wroclaw University of Environmental and Life Sciences v Polsku.
Základem spolupráce byla sekvenační analýza molekul mRNA a mikroRNA v experimentálním modelu míšního poranění, díky které vědci získali komplexní informace o změnách exprese mRNA molekul řídících klíčové procesy ovlivňující poranění míchy, ale i jejich regulačních elementů molekul mikroRNA. „Zjistili jsme velmi dramatické změny v expresi genů, které jsme charakterizovali dle biologických funkcí a současných poznatků. Tyto změny byly zároveň doprovázeny i významnými změnami ve složení buněčných typů, což zásadně mění buněčnou strukturu postižené tkáně. Následné spojení těchto informací s detailním popisem změn regulačních molekul mikroRNA nám dovolilo identifikovat klíčové molekuly, které mají ústřední roli v probíhajících patofyziologických procesech, z nichž role některých byla již dříve popsána, některé jsou však zcela nové a potencionálně terapeuticky zajímavé,“ vysvětluje hlavní řešitelka projektu Nataliya Romanyuk, Ph.D., z Oddělení regenerace nervové tkáně ÚEM AV ČR v centru BIOCEV. Ověřování významnosti těchto nových cílů je předmětem probíhajících experimentů a bude základem i dalších projektů.
Dramatické změny v genové expresi po poranění byly provázeny výraznými změnami ve složení buněčných typů, což zásadně ovlivňuje buněčnou strukturu postižené tkáně. Následná kombinace těchto informací s podrobným popisem změn v regulačních molekulách mikroRNA nám umožnila identifikovat klíčové molekuly, které mají ústřední roli v probíhajících patofyziologických procesech a jsou potenciálním terapeutickým zájmem.
Využití molekul mikroRNA pro cílenou manipulaci patofyziologických stavů je v posledních letech velmi aktuální a přitahuje stále více pozornosti vědců z různých oborů. Jejich dalším slibným využitím je jejich diagnostický potenciál. „Vzhledem k tomu, že molekuly miRNA jsou ve srovnání s jinými nukleovými kyselinami relativně malé, snadno se tak vylučují do mezibuněčného prostoru a tělních tekutin, kde mohou být detekovány a sloužit jako biomarkery ukazující závažnost poranění či naznačit jeho nepříznivé následky. Přitom v současné praxi je diagnostika závažnosti poranění z velké části založena na posouzení reflexu, což je u pacientů v bezvědomí nebo pod vlivem léků značně obtížné,“ vysvětluje Lukáš Valihrach, Ph.D., ze spolupracující Laboratoře genové exprese BTÚ AV ČR v centru BIOCEV. Právě využití molekul mikroRNA pro diagnostiku míšního poranění je i cílem dalšího projektu týmů z ÚEM AV ČR a BTÚ AV ČR, s výraznou podporou doc. MUDr. Aleše Hejčla, Ph.D., který koordinuje doktory z jedenácti českých nemocnic spolupracujících na tomto projektu.
Ač jsou obě zmíněné studie omezeného rozsahu, jejich autoři věří, že přinesou důležité poznatky o úloze mikroRNA při opravě a regeneraci poškozené nervové tkáně. Objasnění změn v buněčných funkcích spouštěných mikroRNA za fyziologických a patologických podmínek může otevřít zcela nový pohled na diagnostiku a prognózu poranění centrálního nervového systému a přispět k jeho efektivnější léčbě v blízké budoucnosti.
Mgr. Nataliya Romanyuk, Ph.D., hlavní řešitelka projektu
Ing. Lukáš Valihrach, Ph.D., spoluřešitel projektu
Grantová agentura České republiky (GA ČR) podpoří ve spolupráci s partnerskou německou agenturou Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) a polskou agenturou Narodowe Centrum Nauki (NCN) nový tříletý výzkumný projekt.
Projekt „EEG/ECoG based functional connectivity neuroimaging in the rat – optimisation, standardisation and translational leap in neuropsychopharmacology“ doktora Tomáše Páleníčka z Národního ústavu duševního zdraví a jeho spoluřešitele docenta Jaroslava Láčíka z Vysokého učení technického v Brně se zaměří na vytvoření standardů a doporučených postupů Elektroencefalografie (EEG) u potkanů. EEG je neinvazivní diagnostická metoda používaná k záznamu elektrické aktivity mozku prostřednictvím povrchových elektrod. Spolu s českými řešiteli budou na projektu spolupracovat i profesor Theodor Doll z Hannover Medical School a profesor Daniel Wójcik z polského Nencki Institute of Experimental Biology. Vypracováním postupů položí řešitelé základy pro translační EEG použitelné jak v základním výzkumu, tak ve farmako-EEG.
Hodnocení návrhu projektu proběhlo na principu Lead Agency — kdy je návrh hodnocen pouze jednou z dotčených agentur, tzv. Lead Agency, a ostatní od ní její hodnocení přebírají. V případě tohoto návrhu projektu byla Lead Agency GA ČR. Projekt se začne řešit ještě v letošním roce a jednotlivé náklady vědců budou hrazeny tou agenturou, z jejíž země vědci pocházejí.
Iniciativa WEAVE, jejíž je GA ČR zakládajícím členem a díky níž tento a další mezinárodní projekty mohou být podpořeny, má za cíl usnadnit vědeckou spolupráci mezi celkem 12 evropskými agenturami podporujícími základní výzkum.
Výsledky rozhodnutí o podpoře dalších česko-německých projektů (GA ČR v roli Lead) budou oznámeny v blízké době.
Hlavním vědeckým přínosem projektu podpořeným Grantovou agenturou ČR (GA ČR) bylo stanovení charakteristik proudění v okolí válce a vyšetření aerodynamického a aeroelastické odezvy v turbulentním proudu v kritickém a přechodovém režimu, tedy za rychlostí obvyklých ve stavební aerodynamice. Ty se stanovují parametrem, kterým je tzv. Reynoldsovo číslo. Výsledky projektu kromě teoretického poznání, jak probíhají procesy v mezní vrstvě a v oblasti teorie vzniku samobuzených kmitů, najdou uplatnění taktéž v praktických aplikacích při konstrukčních řešeních nebo kodifikaci zatížení staveb.
Projekt profesora Stanislava Pospíšila z Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR přinesl nové přístupy k vysvětlení chování proudění a podstaty jevů existujících při dvourozměrném proudění vzduchu kolem válce s drsným povrchem, a to v rozsahu Reynoldsova čísla charakteristického pro nízké a středně vysoké turbulence proudu, typické pro reálné situace.
Aerodynamika je širokým vědním oborem, ve kterém je studováno proudění vzduchu kolem různých objektů. Patří mezi obtížné teoretické disciplíny s širokým uplatněním téměř kdekoliv, kde vzduch nebo plyny existují. Je to dáno především tím, že plyny se řadí mezi tekutiny, které tekou s nízkými i vysokými rychlostmi, což znamená, že proudění se odehrává v různých režimech, ve kterých jsou již vlastnosti plynů rozdílné. Aerodynamika je využívána při stanovení sil působících na dopravní prostředky, v oblasti energetiky, ale rovněž i pro návrhy vnitřních účinků proudění v motorech, při výpočtech chlazení, stanovení komfortu v místnostech a prostorách provozů.
Zajímavostí je, že z oblasti aerodynamiky pochází jeden z tzv. nevyřešených problémů techniky. Jedná se o turbulentní proudění, které přivádí vědce k otázce, zda je vůbec možné vytvořit jeho teoretický model k popisu statistik jeho vnitřních struktur. V minulém století se oblast aerodynamiky rozšířila i do oblasti stavebnictví a návrhu inženýrských konstrukcí. Také se vyvinul obor příbuzný – stavební aeroelasticita, kterou lze definovat jako součást mechaniky zabývající se nejen působením vzdušných sil na konstrukci, ale i jejich interakcemi s konstrukcí, která se pohybuje. Tato disciplína zasahuje proto do důležitých oblastí bezpečnosti staveb a infrastruktury, ale také třeba kvality životního prostředí a energetiky, akustiky a optimalizace návrhu vysokých staveb. Jen do roku 1940 se v důsledku silných bouří mnoho konstrukcí a mostů zřítilo, aniž by byly známy přesné příčiny těchto katastrof. Jednou z nich byl například kolaps mostu v Tacomě (USA), který v podstatě nasměroval výzkum v aerodynamice i do stavebnictví, což vedlo k bezpečnějším návrhům a v podstatě zamezilo opakovaní podobných katastrof.
Vítr a jeho statické působení jsou tedy významnými faktory při návrhu konstrukcí a škody, které vítr každoročně způsobí, jsou důvodem mnoha alarmujících titulků v novinách. Méně je známo, že nezanedbatelná část škod vzniká v případech, ve kterých je hlavním příčinou dynamické působení a odezva, ke které nemusí docházet pouze za extrémních rychlostí větru, ale naopak za poměrně běžných, a dokonce nečekaných okolností. Je to dáno také tím, že rychlost (tlak větru) je možné popsat jako kompozici střední hodnoty a fluktuačních složek, které hrají důležitou roli. Fluktuační složka větru je pro běžné rychlosti a pro většinu případů považována za náhodný stacionární a ergodický proces, který má charakteristické frekvenční spektrum. Obecně se účinky větru dělí na statické a dynamické, které pak dělíme podle druhu odezvy a převažujících frekvencí, což situaci značně komplikuje, protože mezi těmito jevy dochází ke kombinacím a ke vzniku nových jevů například v důsledku energetických přechodů a působení fluktuací, zvaných šumy. Ty mohou mít silný vliv na chování konstrukce například v oblasti větvení rovnováhy.
K laboratorní tvorbě větru a ke zkoumání proudění a zatížení staveb jsou vědci využívány aerodynamické tunely s relativně nízkými rychlostmi. Jsou určeny pro stavebnictví a jejich primárním experimentálním požadavkem je, aby byla v modelování fyzikálních jevů zachována důležitá podobnost kritérií, které zajistí spolehlivé a do reality přenositelné výsledky získané na menších modelech. Experimenty v tunelech pochopitelně slouží i k lepšímu pochopení teoreticky stále nedokonale popsaných aerodynamických jevů a náhodnosti. Společně s výpočetními procedurami z oblasti numerické dynamiky tekutin tvoří dnes ucelený vědní nástroj.
Obr. 1. Schéma aerodynamického tunelu ÚTAM AV ČR, v. v. i.
Je zřejmé, že stavební aerodynamika není jen záležitostí větších stavebních celků. Nachází své místo v návrhu konstrukčních detailů a nosných prvků, jako jsou například mostní lana a závěsy s různým tvarem. Průřezové profily těchto stavebních prvků podstatně ovlivňují režimy obtékání. Řešitelé projektu GA ČR nasměrovali své úsilí na výzkum aerodynamiky a aeroelasticity na válce s nominálně kruhovým průřezem a s různou povrchovou drsností, která vzniká v různých klimatických nebo technologických podmínkách a která režim obtékání silně ovlivňuje v negativním i pozitivním smyslu. Příkladem je námraza na laně nebo jeho trvalý defekt vzniklý při výrobě, případně během používání. Při obtékání tělesa na povrchu (v případě necylindrických ostrých průřezu pak na hranách) vznikají poruchy ve stabilitě proudu, tvoří se tzv. smykové vrstvy pokračující do úplavu. Dochází k odtrhávání a tvorbě vírů a k prudkým změnám tlaků, které pak generují odezvu v určitém frekvenčním pásmu. Takto vytvořená odezva může za určitých okolností trvat velmi dlouhou dobu. Frekvenční pásmo, nebo lépe řečeno jeho střední frekvence, je charakterizováno bezrozměrným Strouhalovým číslem, zatímco amplituda závisí na útlumu, vyjádřeného hodnotou čísla Scrutonova.
K zajímavému průběhu kmitání dochází, když při určité rychlosti větru dojde k rezonanci. Pokud výchylka překročí jistou hranici, interakce proudění a tělesa vede ke změně frekvence odtrhávání vírů, a ta se začne přizpůsobovat vlastní frekvenci oscilátoru. Tento jev je znám jako uzamčení a je projevem nelineárních oscilací v tzv. limitním cyklu. Kmity se odehrávají za velkých výchylek vedoucích k poškozením, jak je patrné na fotografii na obrázku 2d).
Obr. 2. Příklady námraz a poškození lana od aeroelastického kmitání.
Obr. 3. Uspořádání experimentu v aerodynamickém tunelu.
Obr. 4. Vrstevnicové mapy pro různé režimy obtékání válce s námrazou
Vznik vírů, rychlostní pole a převažující frekvence změn tlaků je výsledkem režimu obtékání. Ten se zjišťuje nejčastěji měřením rychlostí proudu v jednotlivých bodech úplavu metodou žhaveného drátku, případně integrální metodou zvanou Laserové zobrazení rychlostního pole částic. Schéma uspořádání se znázorněním této metody je uvedeno na obrázku 3. Tři režimy proudění jsou pak vyobrazeny na vrstevnicových mapách na obrázku 4, z kterých lze určit rozměry vírů, jejich vzdálenosti a také například odporové síly, které proud na tělese vytváří. Ty jsou uváděny v hodnotách silových koeficientů jako na obrázku 5, ze kterých je patrné, že se skutečně mohou významně lišit v závislosti na povrchu. Například odpor hladkého tělesa klesá na polovinu, je-li proud více turbulentní. Jinými slovy, turbulence proudu je v dané oblasti Re jistou obdobou drsnosti povrchu. Pokud je na válci námraza, vroste intuitivně také jeho odpor, na druhé straně ale vede přítomnost námrazy k nárůstu síly příčné a někdy i ke změně silového momentu, což může zapříčinit nestabilní kmitání ve větru.
Obr. 5. Hodnoty silových koeficientů na válci s hladkým povrchem a s námrazou
Pro Strouhalovo číslo charakterizující frekvenční režim vírové cesty platí, že je námrazou rovněž silně ovlivněno. V rozsahu měřených rychlostí daných Reynoldsovým číslem St roste, je-li turbulence proudu vysoká, zatímco pro válce s námrazou je vliv turbulence na změnu frekvence vírů potlačen, jak je vidět na pravém spodním grafu.
Obr. 6. Strouhalovo číslo charakterizující možnost vzniku kmitání hladkého válce či válce s námrazou od vznikajících vírů jako funkce rychlosti větru.
V návaznosti na stanovení statických sil a frekvencí tým profesora Pospíšila pokračoval ve studii vzniku kmitání na oscilátorech s různou technologickou drsností a s námrazou. Základem této práce byla analýza „rezonančních“ křivek a amplitud kmitání. Pozornost je nutné obrátit na skutečnost, že při zvyšování rychlosti větru dochází k oscilacím v zásadě ve čtyřech experimentálních režimech, které se vědeckému týmu podařilo identifikovat ve shodě s teoretickými analýzami nelineárního oscilátoru Van der Polova typu.
Obr. 7. Odezva válce při interakci proudění a tělesa, která vede k fyzikálnímu jevu „uzamčení“ a která je výsledkem nelineárních oscilací v tzv. limitním cyklu
V předkritickém režimu znázorněném na obrázku 7a) je odezva determinována náhodně se oddělujícími víry v poměrně širokém frekvenčním pásmu. Při zvýšení rychlosti v oblasti Strouhalova čísla nastává krátký úsek rezonance, kdy je frekvence oddělování vírů velmi blízká vlastní frekvenci táhla (obrázek 7b). Z tohoto stavu přechází oscilátor do tzv. kvaziperiodického režimu vznikajícího při efektu uzamčení, ve kterém dochází k záznějům a synchronizaci mezi frekvencemi výchylky a vírů, které jsou si blízké (obrázek 7c). Při dalším zvýšení rychlosti větru přechází soustava do pokritického režimu.
Projekt rovněž přispěl k problematice laboratorní tvorby námrazy v klimatickém tunelu a jeho zachycení digitální fotogrammetrickou metodou v plném měřítku zkombinovanou s numerickou analýzou obrazu založeného na trojrozměrných modelech prvků, mapujících profily námrazy podobné těm, které byly pozorovány v přírodě.
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.
RNDr. Pavel Rössner, Ph.D.
RNDr. Petr Šácha, Ph.D.
Mgr. et Mgr. Pavla Perlíková, Ph.D.
Mgr. Aleš Kudrnáč, Ph.D.
prof. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D. (v popředí) se svým výzkumným týmem
Obr. 3 Horniny durbachitové série z Vogéz (Hora et al. 2021, Lithos). a – Celkový pohled na durbachit ze Sainte-Croix-aux-Mines. b –Detailní pohled na perfektně omezenou, zonální vyrostlici draselného živce.
Obr. 4 Bazilika sv. Prokopa v Třebíči postavená koncem 13. století z třebíčského durbachitu (foto F.V. Holub).
Ilustrační fotografie: sběr dat v terénu (dotazníkové šetření)
PhDr. Vít Šťastný, Ph.D., hlavní řešitel projektu
Mgr. Nataliya Romanyuk, Ph.D., hlavní řešitelka projektu
Ing. Lukáš Valihrach, Ph.D., spoluřešitel projektu
