Dzieńdoberek, witam Was w trzynastym, złowieszczym odcinku podkastu Naukowo w którym przyjrzymy się zagrożeniom wynikającym z odpadów promieniotwórczych i nowym sposobie ich wykorzystania, ale także odpadom plastikowym i braku skutecznych sposobów ich wykorzystania. Nauka doradzi Wam także gdzie nie kupować domów, bo wkrótce mogą one znaleźć się pod wodą i przybliży się do odkrycia co znajduje się pod wodą księżyca Europy. Wraz ze szczurami posłuchamy też muzyki, a zatem zaczynamy!

Coraz więcej krajów korzysta z technologi jądrowej w celu pozyskiwania taniej energii bez emisji dwutlenku węgla. Materiały promieniotwórcze wykorzystujemy też do innych celów choćby medycznych. Komisja Europejska, Agencja Energii Jądrowej OECD oraz Światowe Stowarzyszenie Energii Jądrowej publikując swój raport zwracają uwagę na odpady promieniotwórcze oraz wypalone paliwo jądrowe planując strategie postępowania w perspektywie długoterminowej. Od 1954 roku gdy zaczęto produkować energię elektryczną w elektrowniach jądrowych do 2016 roku wytworzono około 390 000 ton wypalonego paliwa. Około dwie trzecie z nich znajduje się w magazynach, natomiast pozostała jedna trzecia została poddana ponownemu przetworzeniu. Pod względem całkowitej objętości istniejących odpadów promieniotwórczych około 95% z nich to odpady o bardzo niskiej lub niskiej promieniotwórczości, około 4% to odpady o średniej promieniotwórczości, a tylko mniej niż 1% to odpady wysokoaktywne. Wraz z rozwojem nauki i technologi powstało wiele metod stosowanych na skalę przemysłową w celu bezpiecznego przetwarzania, pakowania, przechowywania i składowania takich odpadów. Także prace badawczo-rozwojowe nad nowymi typami reaktorów i ulepszaniem cykli paliwowych dają nadzieję na przyszłe korzyści w zakresie ograniczenia odpadów promieniotwórczych. Ale pojawiają się inne pomysły na wykorzystanie takich resztek do produkcji baterii. Baterie z radioaktywnych diamentów zostały po raz pierwszy opracowane przez zespół fizyków i chemików na Uniwersytecie w Bristolu. Przy użyciu wodoru i plazmy, stosując procesy chemiczne znane i stosowane przy produkcji sztucznych diamentów i w bardzo wysokich temperaturach, wytwarzane są warstwy diamentowe. W tym procesie dodaje się także ok. 1 grama radioaktywnego izotopu węgla-14, który znajduje się w napromieniowanych blokach grafitowych reaktorów. W formacji diamentowej węgiel-14 jest ciałem stałym, więc nie może wydostać się na zewnątrz jako gaz i być wchłoniętym przez żywą istotę. Otrzymuje się wówczas napromieniowany diament, który służy zarówno jako źródło promieniowania radioaktywnego, jak i półprzewodnik. Wystawiając go na działanie promieniowania beta, otrzymujemy baterie o długiej żywotności, których nie trzeba ładować. Odpady promieniotwórcze wewnątrz niej zasilają ją ciągle na nowo, pozwalając na samoładowanie przez wiele lat. Brytyjski Urząd Energii Atomowej obliczył, że 45 kg. węgla-14 mogłoby pozwolić na wyprodukowanie milionów takich baterii. Angielska firma Arkenlight zapowiada wprowadzenie na rynek produktu komercyjnego w 2023 roku. Firma oblicza, że baterie mogą wytrzymać nawet 28 000 lat, choć wersja przeznaczona do użytku na przykład w elektronice działała by około 10 lat. Diament jest nie tylko najtwardszym materiałem znanym człowiekowi, ale także świetnie przewodzi ciepło co podnosi bezpieczeństwo baterii. Możliwość formowania takich warstw diamentowych umożliwia kształtowanie ich w dowolny sposób i wykorzystanie w różnych miejscach. Jeśli taki produkt wejdzie na rynek na przykład smartfonów to umożliwiłby działanie baterii dłużej niż wynosi żywotność samego urządzenia, a taką baterię można by było przełożyć do nowego telefonu i dalej swobodnie z niej korzystać. Byłaby to niewątpliwie ewolucja rynku energetycznego, trzeba więc czekać czy i kiedy producentom uda się znaleźć sposób na poradzenie sobie z kosztami produkcji czy niską wydajnością energetyczną i wprowadzić na rynek napromieniowane baterie diamentowe.

I o ile ograniczanie oraz recykling odpadów promieniotwórczych wydaje się być ważną sprawą, o tyle jest substancja, która brzmi mniej złowieszczo, ale wyrządza dużo większe szkody środowisku i ludziom. Jest nią plastik, z którym stykamy się na co dzień, a najczęściej stykamy się z nim tylko raz, bo w większości przypadków jest to plastik używany jednorazowo. Do 2018 roku na świecie wyprodukowano 359 milionów ton tworzyw sztucznych. Połowa z tego została wyprodukowana w ciągu zaledwie ostatnich 13 lat. Konsekwencje tego można zobaczyć na przykład na Oceanie Spokojnym gdzie pływa Wielka Pacyficzna Plama Śmieci rozrzucona na obszarze 1 600 000 kilometrów kwadratowych i zawiera ponad bilion drobnych fragmentów zwanych mikroplastikami. Nawet jeśli wyrzucony plastik trafi na wysypisko śmieci, może tam zalegać nawet przez 600 lat, a większość tworzyw w opakowaniach wychodzi z użycia w tym samym roku, w którym zostały wyprodukowane. Żadne z masowo produkowanych tworzyw sztucznych nie ulega w znaczący sposób biodegradacji. Te same właściwości, które czynią tworzywa sztuczne tak uniwersalnymi w niezliczonych zastosowaniach - trwałość i odporność na degradację - sprawiają, że ich przyswojenie przez naturę jest trudne lub wręcz niemożliwe. Ale jeśli kogoś nie interesuje środowisko naturalne, to może na wyobraźnię zadziała fakt, że przeciętny Amerykanin spożywa co najmniej 74 000 mikroplastików rocznie, jedząc, pijąc i oddychając. Od 2000 roku produkcja plastiku rośnie o około 4% rocznie, w 2030 roku produkcja podwoi się. 51% produkcji przypada na Azję, po 18% na Amerykę Północną i Europę. Ale jednocześnie Azja produkująca najwięcej tworzyw sztucznych ma najgorszą politykę gospodarki odpadami i to stamtąd najwięcej plastiku trafia do oceanów. Według badań z 2015 roku tylko 9% wszystkich wyprodukowanych tworzyw sztucznych zostało poddanych recyklingowi, z czego tylko 10% zostało poddanych recyklingowi więcej niż jeden raz. Resztę albo spalono (to 12%), albo znalazła się na wysypiskach lub w środowisku naturalnym - to aż 79% produkcji. Większość wyrobów włókienniczych wycofanych z eksploatacji nie ma znaczących wskaźników recyklingu i dlatego są spalane lub wyrzucane razem z innymi odpadami stałymi. Plastik jest tani w produkcji, a butelka wyprodukowana w procesie recyklingu jest droższa i gorszej jakości niż nowa. Fałszywe poczucie "bycia eco" też nie pomaga - co z tego, że utylizujemy plastikowe butelki do ponownego przetworzenia skoro zaraz potem idziemy do sklepu kupić kolejną zgrzewkę wody w nowych opakowaniach z plastiku. Oczywiście ogromną, negatywną rolę odgrywają tu koncerny, które przez lata korzystając z zalet plastikowych opakowań nie mają interesu aby z nich zrezygnować lub wydawać olbrzymie pieniądze na badania nad nowymi, przyjaznymi dla środowiska opakowaniami. Niestety bez nakazów i zakazów same z siebie nie robią nic w tej kwestii. COVIDowa pandemia tylko pogorszyła sytuację - rynek dostaw różnych produktów znacząco zwiększył obroty, a co za tym idzie wykorzystanie plastikowych opakowań. Także restauracje zmuszane do zamknięcia lokali przerzucały się na wydawanie jedzenia na wynos pakując jedzenie w tworzywa sztuczne. A przecież nie jest tak, że bez plastiku ludzkość by sobie nie poradziła. Większość opakowań, które są dziś robione z plastiku dawniej produkowano z aluminium, szkła lub papieru. To ludzka wygoda i bogacenie się społeczeństw doprowadziło do tego, że wybraliśmy i używamy plastikowe opakowania jednorazowe. Bez woli politycznej i objęciu tworzyw sztucznych regulacjami, bez edukacji ekologicznej, bez przymuszenia koncernów do zmian, bez rozwoju nauki i technologi, a także bez dobrze opracowanej i dostosowanej do potrzeb, strategii zagospodarowania tworzyw sztucznych wycofanych z eksploatacji człowiek przeprowadza na skalę globalną niekontrolowany eksperyment, w którym miliardy ton plastiku nagromadzą się we wszystkich najważniejszych ekosystemach lądowych i wodnych na naszej planecie. Gigantyczne tego konsekwencje ponosimy my i poniosą przyszłe pokolenia.

Podobnie jak już dziś ponosimy konsekwencje zmian klimatycznych i działalności człowieka, powodując dewastację na tyle dużą, że zagraża ona istnieniu wielu ośrodków społeczności w tym naprawdę dużych miast. Indonezja planuje przenieść swoją stolicę z Dżakarty na wyspie Jawa do nowego miasta na wyspie Borneo. Pierwszym problemem są ekstremalne opady deszczu, które w wyniku zmian klimatycznych regularnie powodują poważne powodzie. Ale człowiek dołożył kolejny problem przyspieszający dewastację miasta - masowe wydobycie wody gruntowej z warstw wodonośnych pod miastem powoduje zapadanie się Dżakarty, w niektórych rejonach miasto obniża się o ponad 15 cm rocznie! W nowym badaniu, za pomocą danych satelitarnych, naukowcy zmierzyli tempo osiadania terenu w 99 nadmorskich miastach na całym świecie w latach 2015-2020. W większości miast część lądu osuwa się szybciej niż podnosi się poziom morza. Jeśli osiadanie będzie postępować w obecnym tempie, miasta te zostaną dotknięte ogromnymi powodziami znacznie wcześniej, niż przewidują to modele podnoszenia się poziomu morza. Najszybsze osiadanie terenu ma miejsce w wielu regionach Azji, ale szybkie osiadanie występuje również w Ameryce Północnej, Europie, Afryce i Australii. Stambuł, stolica Turcji, którą zamieszkuje 15 milionów ludzi jest najludniejszym miastem w Europie. Zachodni obszar tego miasta zapada się szybciej niż 2 mm/rok. Podobnie jak centrum Lagos, stolicy Nigerii i zarazem najludniejszego miasta w Afryce. Podobne poziomy osadzania wykazano w Tajpej w Tajwanie, w Mumbai w Indiach czy Auckland w Nowej Zelandii oraz w obszarze Zatoki Tampa na zachodnim wybrzeżu Florydy - to wszystko są rejony zaludnione przez miliony mieszkańców. A w jednym ciągu zagrożonych zapadaniem miast wymienić trzeba też Kobe w Japoni, Houston w USA, Hanoi w Wietnamie czy Shanghai w Chinach. Chittagong w Bangladeszu, Tianjin w Chinach, Manila na Filipinach i Karaczi w Pakistanie to miejsca gdzie zapadanie się terenu jest dużo większe i sięga nawet 40 mm/rok, są one uprzemysłowione i zurbanizowane co sugeruje, że osiadanie jest prawdopodobnie związane właśnie z nadmiernym poborem wód gruntowych. Rekordy bije tu wspomniana Dżakarta, w której w latach 1982-2010 tempo osiadania przekroczyło 280 mm/rok. Wyobraźcie sobie, że Wasz dom czy blok, w którym mieszkacie zapada się co roku o 28 centymetrów. Nie jest tak, że nie można z tym nic zrobić, potrzebna jest tu jednak wola polityczna i wprowadzenia regulacji. Tempo zapadania się w Szanghaju uległo znacznemu spowolnieniu, prawdopodobnie ze względu na zmniejszone tempo poboru wód podziemnych, wprowadzone w ramach regulacji rządowych. Aby zmniejszyć tempo osiadania i zminimalizować jego skutki, konieczne jest ciągłe monitorowanie i interwencje polityczne. Jednak miasta i narody, które nie zajmą się przyczynami osiadania, będą musiały stawić czoła powodziom znacznie wcześniej, niż przewidują to modele wzrostu poziomu morza.

A teraz aby ukoić nieco skołatane nerwy tymi złymi wiadomościami i jako że muzyka łagodzi obyczaje, przeniesiemy się do świata dźwięków właśnie. Ludzie posiadają cechy, które jak na razie wydają się być unikalne w królestwie zwierząt: język i muzykę. Podobnie jak potrafimy zrozumieć wypowiedziane zdanie niezależnie od płci czy akcentu mówiącego, a także wtedy gdy jest ono wykrzyczane lub wyszeptane, tak samo rozpoznanie znanej melodii odbywa się bez wysiłku, niezależnie od konkretnego instrumentu, na którym jest grana, oraz tempa i oktawy, w jakiej jest grana. Jesteśmy w stanie bez problemu rozpoznać piosenkę nawet gdy słuchamy remixu, który często zmienia oryginał niemalże w całości. Na każdym przyjęciu urodzinowym piosenka "Sto lat" jest śpiewana przez różne osoby, o różnych głosach w różnych zakresach częstotliwości i w losowo wybranym tempie, a mimo to wszyscy uczestnicy zabawy zidentyfikują piosenkę, nawet ci, którzy znają jej tekst w innym języku. Dzieje się tak, ponieważ identyfikujemy fragment muzyczny jako obiekt, który może elastycznie zmieniać się przynajmniej w tych trzech wartościach: wysokości dźwięku, tempa i barwy dźwięku, bez utraty swojej oryginalności. W rzeczywistości zdolność rozpoznawania melodii jest tak powszechna u ludzi, że występuje już u dwumiesięcznych niemowląt i jest jednym z elementów, na których opiera się nasza indywidualna ocena muzyki. Ale czy jest to cecha typowo ludzka, czy też może inne gatunki zwierząt posiadają podobne umiejętności? W dotychczasowych badaniach wykazano, że gołębie, szczury, a nawet karpie potrafią rozróżniać fragmenty utworów pochodzących z różnych gatunków muzycznych np. muzykę poważną od bluesa. Zarówno ssaki, jak i ptaki na przykład kakadu, lwy morskie czy szympansy mogą postrzegać zmiany innych właściwości muzyki. W nowym badaniu postanowiono przyjrzeć się muzykalności szczurów. Badacze zapoznali zwierzęta z fragmentem piosenki "Happy Birthday". Gdy częstotliwość melodii została przesunięta o jedną oktawę w górę lub w dół, zwierzęta nie reagowały inaczej na melodię znaną i zmienioną, co sugeruje, że szczury postrzegały melodie jako równoważne, niezależnie od zmian w oktawach. Gdy zmieniano tempo piosenki na wolniejsze i szybsze, także nie zaobserwowano znaczących zmian w reakcjach zwierząt. Możliwa interpretacja tych wyników jest taka, że szczury nauczyły się rozpoznawać relacje czasowe między tonami, które definiują znaną im melodię, niezależnie od tempa w jakim były one odtwarzane. Ale gdy zmieniano instrument na którym grana była urodzinowa piosenka z fortepianu na skrzypce lub piccolo, szczury reagowały tak, jakby to była inna melodia. Reakcja szczurów na zmiany barwy dźwięku jest podobna do wyników zaobserwowanych u cykady czarnoszyjej i szpaka europejskiego, ale kontrastuje z obserwacjami, że ludzie łatwo rozpoznają melodie o różnej barwie dźwięku. Jedną z możliwości jest to, że taka różnica może wynikać z ludzkiej potrzeby normalizacji mowy różnych mówców w celu efektywnego komunikowania się za pomocą języka. Oznacza to, że ludzie z łatwością przetwarzają informacje językowe niezależnie od tożsamości mówcy. Ten mechanizm normalizacji stosowany w przetwarzaniu języka mógł zostać przeniesiony do dziedziny muzyki, aby umożliwić rozpoznawanie melodii niezależnie od instrumentu, na którym są grane. Wyniki te sugerują, że zdolność do rozpoznawania wzorców przy zmianach wysokości dźwięku i tempa występująca u ludzi może wywodzić się z wcześniej istniejących zdolności u innych gatunków. Potrzeba jednak więcej badań, by zrozumieć, w jaki sposób zdolność do uogólniania na zmiany w muzyce pojawiła się w linii ewolucyjnej człowieka.

A na koniec odlecimy zupełnie w kosmos, choć będziemy też twardo stąpać po ziemi. Europa. Kontynent, na którym żyjemy ma ponad 10 milionów km2, zamieszkuje ją ponad 740 milionów ludzi, którzy przybyli tu dopiero ok. 45 000 lat temu. Ale inna Europa, która nazwę wzięła od kochanki boga Zeusa z mitologii greckiej, znajduje się nieco dalej, bo aż 628 300 000 km od Ziemi i jest nią czwarty co do wielkości księżyc Jowisza. Ten szósty z kolei największy satelita w Układzie Słonecznym jest oryginalny jeszcze z jednego powodu. Podobnie jak ziemski kontynent, także Europa posiada rozległy ocean, być może głęboki nawet na 90 km, który, jak się powszechnie uważa, zawiera kluczowy składnik dla istnienia życia - ciekłą wodę. A zawiera jej całą masę, więcej niż wszystkie morza na Ziemi razem wzięte. Niestety przewidywania mówią, że ocean jest ukryty 25-30 kilometrów pod lodową skorupą księżyca co skutecznie utrudnia dotarcie do niego i sprawdzenie czy księżyc Jowisza posiada organizmy żywe, wykształcone niezależnie od powstania życia tu na Ziemi, a także czy nadaje się do skolonizowania przez ludzi. Powierzchnia Europy, mimo że jest zróżnicowana i nierówna, z licznymi szczelinami i chaotycznie ukształtowanymi obszarami jest dość płaska. Stwierdzono niewiele wzniesień wyższych niż kilkaset metrów, niewiele jest też głębokich kraterów. Spośród rożnych form ukształtowania terenu najbardziej powszechne są grzbiety podwójne, składające się z quasi-symetrycznych par grzbietów otaczających zagłębienia w terenie. Grzbiety te mogą rozciągać się na setki kilometrów i zawierają jedne z najstarszych elementów widocznych na powierzchni, a ich częste przecinanie się sugeruje liczne cykle formowania się w historii Europy. Nowe odkrycia wskazują na istnienie pod spodem płytkich kieszeni wypełnionych wodą, a dokonano ich nie na oddalonym o miliony kilometrów globie, ale tu na ziemi. Naukowcy badając zmiany klimatu i ich wpływ na powierzchnię Grenlandii, zaobserwowali podwójne grzbiety, wyglądające jak mniejsze wersje podwójnych grzbietów na jowiszowym księżycu, sfotografowane przez sondę Galileo w latach 90-tych. Naukowcy wykorzystali radar penetrujący lód, aby zaobserwować, że grzbiety Grenlandii powstały, gdy kieszenie wodne znajdujące się tylko 30 metrów pod powierzchnią pokrywy lodowej zamarzły i popękały. Jeśli podobne procesy doprowadziły do ukształtowania powierzchni na jowiszowej Europie to jest szansa na powszechne istnienie zbiorników wody, ukrywających swą zawartość stosunkowo płytko pod lodem. A woda bliżej powierzchni może zawierać substancje chemiczne pochodzące z kosmosu i innych księżyców, co zwiększa prawdopodobieństwo, że życie miało szansę tam w ogóle zaistnieć. To z kolei prowadzi do wniosku, że powstanie życia w całej galaktyce i poza nią jest bardzo proste i może być powszechne. Już niedługo będziemy mieli okazję podziwiać nowe zdjęcia Europy, nowych danych badawczych dostarczy sonda Europa Clipper, która wystartuje w październiku 2024 r. i będzie podróżować przez pięć i pół roku, by dotrzeć do Jowisza w kwietniu 2030 roku. Dzięki ogromnym bateriom słonecznym i antenom radarowym Europa Clipper będzie największym statkiem kosmicznym, jaki NASA kiedykolwiek stworzyła dla misji planetarnej. W skład aparatury badawczej wejdą kamery i spektrometry, które stworzą wysokiej rozdzielczości obrazy i mapy składu powierzchni i cienkiej atmosfery Europy. Znajdzie się tam także radar penetrujący lód w celu poszukiwania wody pod powierzchnią podobny do tego, którego używają naukowcy badający podwójne grzbiety Grenlandii. A także magnetometr i sprzęt do pomiarów grawitacyjnych, które pozwolą odkryć wskazówki dotyczące oceanu i jego głębokiego wnętrza. Na pokładzie sondy znajdzie się również instrument termiczny, który wskaże miejsca, gdzie lód jest cieplejszy i gdzie być może niedawno doszło do erupcji wody, a także instrumenty do pomiaru składu drobnych cząsteczek w cienkiej atmosferze księżyca i otaczającym go środowisku kosmicznym. Szkoda, że musimy poczekać kilka lat na szansę odkrycia tajemnicy na odległym księżycu Jowisza.

Na pocieszenie powiem Wam, że na następny odcinek podkastu Naukowo trzeba poczekać raptem kilka dni. Zapraszam w sobotę po kolejną dawkę naukowych nowości, polecam Waszej uwadze materiały źródłowe, które znajdziecie w opisie odcinka, oraz stronę www.patronite.pl/naukowo, gdzie możecie dołączyć do osób wspierających mnie finansowo, a w zamian otrzymać na przykład dostęp do Facebookowej grupy i serwera Discord z dodatkową porcją naukowych informacji. Dziś dziękuję Wam za uwagę, do usłyszenia!