Вода, реакторы и томографы: фестиваль науки в Саратове объединил экологию, энергетику и медицину

Насколько вода важна для экологии? Как реакторы АЭС удерживают радиацию? Какие виды облучения используются в медицине? Второй день фестиваля науки «КСТАТИ: Волга» был посвящён глобальным экологическим рискам, тайнам животных и растений Волги, медицине излучений и мифам о качестве воды. Открытые лекции, ток-шоу и иммерсивный суд над супергероем прошли 5 сентября в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Саратова.

Фестиваль науки «КСТАТИ: Волга» организован ИЦАЭ Саратова при поддержке Госкорпорации «Росатом». Партнёрами фестиваля выступают СГТУ имени Гагарина Ю.А. и СГУ имени Н.Г. Чернышевского.

Вода как вызов: разговор о глобальных экологических рисках

Открыл второй день фестиваля Артём Акшинцев – эколог, член экспертного совета Президентского фонда экологических и природоохранных проектов, член научно-экспертного совета Всероссийского экологического центра «Экосистема», эксперт экологических программ ШОС и БРИКС. На лекции «Вода для людей» он рассказал, что человечество стоит перед лицом не просто дефицита воды, а целого комплекса взаимосвязанных кризисов.

В XX веке цивилизация кардинально изменила водный баланс Земли. «За прошлый век мы осушили половину мировых болот, построили 50 тысяч больших плотин, изменили направление большинства крупнейших рек мира», — отметил эколог. Это привело к тому, что даже такие мощные реки, как Волга, периодически пересыхают, обнажая отмели там, где их раньше никогда не было.

Артем Акшинцев предложил отказаться от термина «глобальное потепление»: «Гораздо адекватнее говорить о быстрых климатических изменениях. Потому что “потепление” звучит положительно… А суть — в скорости изменений климата».

По прогнозам учёных, частота экстремальных погодных явлений вырастет более чем в три раза за 30 лет, а к концу века — в 14 раз. Уже сейчас миллионы людей ежегодно становятся климатическими беженцами.

Отдельно Артём Акшинцев выделил проблемы антибиотиков и агрохимикатов в воде, а также загрязнение пластиком и другим мусором: «Мусор не разлагается, он разрушается. Тихоокеанское мусорное пятно — это не остров бутылок, а взвесь-мусс, которую видно только под рукой».

Несмотря на тревожную картину, у человечества есть технологический потенциал для адаптации: роботизированные фермы гидропоники, подводные дата-центры, волновые электростанции.

Фантастические киты и кто их изучает

Параллельно с лекцией о воде на биологическом факультете СГУ имени Н.Г. Чернышевского прошла открытая лекция «Кто и как изучает китов в России?» от Анастасии Куницы – биолога, руководителя центра изучения проблем морских млекопитающих и птиц МАУ, участницы международных конференций по морским млекопитающим, арктического фридайвера.

Гости обсудили эволюцию китообразных, разобрали основные особенности их биологии и познакомились с современными методами их изучения. Отдельное внимание было уделено научным командам, которые сегодня изучают китообразных в России, организации полевых исследований и советам, как стать морским биологом и как попасть в настоящую биологическую экспедицию.

Мифы о радиации, чистоте воды и живом мире Волги

Следующее мероприятие программы – научно-популярное ток-шоу «Научные страшилки: Волга». Учёные разобрали мифы о растениях и животных Волги, качестве воды в реке и даже обсудили биологическую и радиационную защиту реакторов на Балаковской АЭС.

Оксана Седова, кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и экологии СГУ, рассказала о «цветущей» воде в реке, которая принимает зелёный цвет из-за цианобактерий. Она отметила, что в этот период вода может быть опасной для человека: «Сине-зелёные водоросли выделяют нейротоксины и гепатотоксины. Купаться при их массовом размножении опасно для детей и людей с ослабленным иммунитетом».

Эксперт показала реликтовый водяной папоротник – сальвинию плавающую. Она образует на поверхности воды плотные ковры, но это происходит только в стоячей воде (а если течение сильное, растение погибает). Сальвиния сама по себе неопасна и даже полезна, её главное свойство — очищать воду от загрязнений за счёт осаждения веществ на листьях.

Однако есть растения, которых стоит опасаться: например, чёртов орех (чилим) имеет колючие плоды, а телорез алоэвидный действительно может порезать кожу во время плавания. Но самое ядовитое растение находится у берегов — вех ядовитый. Его легко спутать со съедобными зонтичными из-за запаха огурца, поэтому важно отличать его по воздушным полостям в корневище.

Максим Воронин, кандидат биологических наук, доцент кафедры морфологии и экологии животных СГУ, назвал сома самым крупным хищником Волги. Эти рыбы могут достигать веса более 200 кг. Но при этом на человека они нападают только территориально: «Если человек заплывает на территорию сома или ныряет рядом, рыба может ударить носом так сильно, что можно потерять сознание».

Зоолог рассказал про инвазивный вид рака-отшельника, который вытесняет речного рака из привычных мест обитания и разрушает береговые сооружения своими норами. Также он упомянул, что водоёмы-охладители АЭС часто становятся местом расселения чужеродных видов рыб, таких как ротан и чабачок, которые уничтожают икру местных обитателей и могут оставить водоём без других видов рыб.

Наталья Веденеева, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Экология и техносферная безопасность» СГТУ, в своём выступлении развеяла популярные мифы о воде Волги и водопроводной воде. Она рассказала о панике 2013 года по поводу «слива» в реку 10 тонн дигидрогена монооксида, и объяснила, что это всего лишь название обычной воды (H₂O), а не опасного химиката.

Эколог разобрала опасность так называемого «гормонального коктейля» в воде: действительно, следы лекарств (антибиотиков и гормонов) находят в сточных водах мегаполисов, но их концентрация ничтожно мала для человека. Но есть серьёзная проблема — влияние этих веществ на экосистему водоёмов и появление устойчивых к антибиотикам бактерий.

Также эксперт развеяла страхи о тяжёлых последствиях повторного кипячения («дейтериевого чая») и фторировании воды как средстве контроля разума, подчеркнув, что оба явления научно необоснованны, а фторирование применяется исключительно для профилактики кариеса.

Завершил ток-шоу Артём Байрамов, доктор технических наук, профессор кафедры «Тепловая и атомная энергетика» СГТУ, ведущий научный сотрудник Института энергетических проблем Саратовского научного центра РАН.

В своём выступлении Артём развенчал мифы о радиационной опасности атомной энергетики. Он объяснил, как реактор защищен от выхода излучения наружу, рассказал о влиянии радиации на человека и дал представление о естественном радиационном фоне.

Эксперт отметил, что главная опасность радиоактивного излучения — это ионизация тканей: «Ионизирующее излучение взаимодействует с ядрами среды, с электронами атомов любых веществ». В результате этого материалы теряют прочность и разрушаются, а у людей могут развиваться новообразования. Особенно уязвимы такие органы, как красный костный мозг и лёгкие.

Эксперт подчеркнул, что каждый человек взаимодействует с естественным радиационным фоном независимо от близости к АЭС: «Все мы получаем естественный природный фон — 2 миллизиверта в год. По нормам на человека должно быть не более пяти миллизиверт в год».

Особое внимание учёный уделил устройству биологической защиты ядерного реактора АЭС: «Биологическая защита реактора состоит из нескольких слоёв бетона особого состава (баритобетон), металла и воды. Эти слои блокируют наиболее проникающие виды излучения — гамма-излучение и нейтроны. Альфа- и бета-частицы задерживаются ещё внутри активной зоны реактора и далеко не уходят».

Артём Байрамов отметил, что вода также играет важную роль внутри реактора, замедляя нейтроны за счёт содержащегося в ней водорода. Металлические конструкции дополнительно снижают интенсивность потока гамма-квантов. Всё это позволяет удерживать излучение внутри корпуса реактора даже при работе установки десятилетиями.

Медицина излучений: от рентгена до квантового сканера

О важности «видеть больше, чем обычный человеческий глаз», рассказал Андрей Рытик – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры медицинской физики СГУ, программный директор центра «Точка кипения СГУ». На лекции «Просвечивая человека: от рентгеновского снимка до квантового сканера» слушатели узнали, как современные методы диагностики позволяют заглянуть внутрь человеческого тела без вреда для здоровья.

Человек воспринимает лишь узкий спектр света, называемый видимым излучением. Но смотреть на мир через самый широкий спектр излучений человеку помогает техника, без которой сегодняшняя медицина немыслима. Современные приборы позволяют видеть структуру объектов вплоть до атомарного уровня, используя разные диапазоны излучения.

Рентген используется для диагностики костей, лёгких, новообразований, но вреден из-за ионизирующего излучения. Флюорография — это скрининговая диагностика лёгких и других органов грудной клетки с помощью рентгеновского излучения меньшего разрешения. Она, кстати, часто анализируется искусственным интеллектом.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) безопасна, позволяет получать объёмные изображения без вреда здоровью. Работу МРТ спикер объяснил это так: «Нам нужно создать сильное магнитное поле — в 10 тысяч раз сильнее поля Земли! Атомы внутри нас начинают вращаться упорядоченно, а радиочастотный импульс заставляет их «качнуться». Затем они восстанавливают своё положение и испускают ответный сигнал, по которому мы понимаем, где какой атом находится».

По мнению Андрея Рытика, будущее медицины – за персонализированным подходом и развитием низкопольных томографов, которые сделают диагностику доступной даже в отдалённых регионах. Искусственный интеллект помогает анализировать огромные массивы данных, выявлять онкологию и подбирать лечение индивидуально.

Яркое завершение фестиваля: «Суд над Акваменом»

Завершился фестиваль иммерсивном ток-шоу «Суд над супергероем: Аквамен». Вместе с судьей Марией Кармановой, журналистом, блогером и автором канала «Черта города: Саратоврай», зрители и эксперты попытались проверить супергеройские способности Артура Карри с точки зрения законов физики, биологии и термодинамики.

Обвинительную сторону представил руководитель пресс-службы Проектного центра ИТЭР Госкорпорации «Росатом» Александр Петров, а защищать вымышленного короля Атлантиды взялся эколог, член экспертного совета Президентского фонда экологических и природоохранных проектов, член научно-экспертного совета Всероссийского экологического центра «Экосистема», эксперт экологических программ ШОС и БРИКС Артем Акшинцев. В состав присяжных вошли пятеро зрителей, которым и предстояло решить, является ли герой примером неизведанных возможностей природы или антинаучным конструктором.

Обвинение в лице Александра Петрова ориентировалось на фундаментальные нарушения законов физики и биологии: от невозможности дышать лёгкими под водой и телепатического общения с животными до нарушения первого закона термодинамики: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно.

«Откуда у Аквамена такая сила? Там нет солнечного света, нет растений. Значит, ему нужно съедать тонны рыбы ежедневно. Но в кадре мы видим героя, а не бездонный желудок», — подчеркнул прокурор, добавив, что при реактивном движении под водой кавитационные пузырьки температурой до 5000 °C попросту сварили бы заживо любое белковое существо.

Эколог предложил заменить классические биологические механизмы человека на аналоги, существующие у реальных глубоководных организмов:

Энергию Аквамену могли бы давать хемосинтезирующие бактерии в его крови — по аналогии с гигантскими трубчатыми червями Riftia, которые живут у гидротермальных источников и получают питание не от солнца, а за счёт окисления сероводорода метаногенными или тиобактериями.
Давление в лёгких мог бы выдерживать несжимаемый липидный гель, занимающий пространство органа вместо воздуха — эта концепция заимствована у рыбы-капли (Psychrolutes marcidus) и других глубоководных обитателей, чьи тела состоят из гелеобразной жировой ткани плотностью чуть выше воды, что позволяет им выдерживать колоссальное гидростатическое давление без разрушения клеток.
Акулы подчиняются не телепатии, а воздействию на их электрорецепторы — ампулы Лоренцини, так как эти органы позволяют хрящевым рыбам улавливать ничтожные электрические поля (до миллиардных долей вольта), которые теоретически может генерировать мозг супергероя для передачи примитивных нервных импульсов.

«Это не колдовство, это биохимия, которую мы изучаем в Марианской впадине… Это биоэлектрическая коммуникация, которую учёные уже используют для управления роботизированными рыбами», — парировал адвокат, призвав присяжных оправдать прогресс и признать, что природа еще не всё показала человеку.

По итогам выступлений сторон присяжные признали Аквамена невиновным, посчитав аргументы о реальных биологических адаптациях морских организмов более убедительными, чем законы классической физики применительно к человеку.

Судья Мария Карманова подвела итог мероприятию, подчеркнув главную мысль шоу: наука не убивает чудеса, а лишь объясняет их механизмы.