PNIPU

Знаете ли вы, что из одного барреля нефти — это примерно 159 литров — можно получить не только бензин, но и керосин для самолетов, дизельное топливо для грузовиков, пластик, парафин, асфальт и даже помаду? Нефть — это настоящий природный конструктор, внутри которого скрыто огромное богатство. Но чтобы добраться до каждого нужного продукта, эту сложную смесь нужно разобрать на части — отделить легкое от тяжелого. А для этого — нагреть.

У каждого нефтяного компонента своя температура кипения. Самые легкие превращаются в газ уже при 30–180 °C — из них получается бензин. Те, что потяжелее, закипают при 150–250 °C — это керосин. А при 200–350 °C начинают испаряться вещества, из которых делают дизельное топливо.

На заводах нефть нагревают в гигантских колоннах высотой с 20-этажный дом: легкие пары поднимаются вверх, тяжелые остаются внизу. Кажется, что процесс идет сам собой, но на деле фракции могут смешиваться. Чтобы этого избежать, нужно точно знать, при какой температуре заканчивается испарение одних компонентов и начинается испарение других.

Эти параметры до сих пор определяют способом, который разработали еще в XIX веке. Суть метода в том, что нефтепродукт нагревают в лабораторной колбе, фиксируют температуру, при которой выкипает определенный объем жидкости — например, 10%, 50%, 90%. Но у этого подхода есть принципиальные ограничения. Температуру начала кипения измерить точно почти невозможно: первые пузырьки появляются нестабильно, и приборы часто ошибаются. А температуру конца кипения во многих случаях вообще нельзя определить напрямую: легкие фракции, такие как бензин, испаряются слишком быстро еще до начала измерения, а тяжелые — дизель, мазут — начинают коксоваться при перегреве, не успев полностью перейти в пар.

В итоге самые важные показатели, которые определяют границы между бензином, керосином и дизелем, оказываются либо неточными, либо неизвестными. А надежными остаются только данные из середины процесса разгонки.

Однако если границы между фракциями не знать точно, тяжелые компоненты неизбежно попадают в бензин, а легкие — теряются в дизеле или уходят в мазут. Для завода это потери ценного сырья: сотни тысяч тонн в год. Но страдают от этого и автомобилисты: если тяжелые компоненты попадают в бензин, топливо хуже испаряется — зимой двигатель не заводится, а летом такие примеси не сгорают полностью, оставляя нагар и увеличивая расход.

Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха совместно со специалистами ООО «Промышленная кибернетика» разработали новый математический метод, который позволяет с точностью до 3°C рассчитывать температуру начала и конца кипения нефтепродуктов. Это дает возможность инженерам правильно настраивать технологический процесс и получать топливо более стабильного качества.

— На заводе всегда точно знают, например, при какой температуре выкипает 10%, 50% и 90% топлива. Это надежные точки. А мы разработали математическую формулу, которая по ним вычисляет температуру начала и конца кипения, — рассказал Сергей Кобелев, студент магистратуры кафедры «Автоматизация технологических процессов» ПНИПУ, специалист ООО «Промышленная кибернетика».

Применив новый метод к реальным образцам керосина и дизеля, ученые впервые смогли рассчитать, при какой температуре на самом деле начинают появляться первые пары: для керосина это 144,1°C, для дизеля — 202,3°C. Также они вычислили температуру конца кипения — когда топливо полностью выкипает. Например, для бензина конец испарения недостижим из-за слишком быстрого перехода в пар, а для дизеля — из-за риска коксования при перегреве. Теперь же, благодаря математическому расчету, эти данные стали доступны.

— Кроме того, мы построили графики, которые показывают не просто объем выкипевшего топлива, а скорость этого процесса. Это позволило определить, насколько сильно керосин и дизель «перемешиваются» друг с другом в процессе перегонки. Чем больше их пересечение, тем больше примесей попадает из одной фракции в другую. Это значит, что колонна работает неэффективно, а качество топлива снижается, — добавила Асия Кобелева, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Благодаря этим формулам инженеры могут самостоятельно рассчитывать температуру начала и конца кипения, используя только надежные данные из середины процесса, которые на заводе всегда известны точно. А построенные дифференциальные кривые наглядно показывают, насколько чисто колонна разделяет разные виды топлива.

Если традиционные приборы определяют эти параметры с погрешностью, которая может достигать 10–15 °C и более, то новый подход позволяет рассчитывать их с точностью до 3°C. Для технологического процесса это колоссальная разница: ошибка в 10 °C на границе фракций может означать, что тысячи тонн бензина, керосина или дизеля ежегодно уходят не в тот продукт. Новый метод сводит такие потери к минимуму.

Следовательно, разработка ученых позволяет настраивать процессы нефтепереработки быстро, точно и с минимальными рисками получения брака. Это значит, что на нефтеперерабатывающих заводах специалисты смогут подбирать режим нагрева колонн, избегая потерь ценного сырья, когда легкие фракции ошибочно уходят в мазут. Для простых потребителей это означает более стабильное качество топлива на заправках: в бензин не будут попадать излишние тяжелые компоненты, ухудшающие запуск двигателя, а дизельное топливо сохранит нужные смазывающие свойства.

В долгосрочной перспективе предложенный метод может быть использован не только в нефтепереработке, но и в других отраслях промышленности, где требуется определение законов распределения, — от химической технологии до фармацевтики.

Эндопротезирование — одна из самых востребованных операций в мире. Малоподвижный образ жизни, избыточный вес и старение населения сегодня приводят к тому, что износ суставов стал одной из главных медико-социальных проблем, поскольку ведет к инвалидизации людей трудоспособного возраста, снижению качества жизни и огромным экономическим затратам на лечение и реабилитацию.

Особенно часто протезирование связано с заменой тазобедренного сустава. По последним данным, ежегодно в мире выполняется около 1 миллиона таких операций. Рынок эндопротезирования тазобедренного сустава сегодня оценивается в 8,7 млрд долларов и продолжает расти.

Традиционно такие протезы делают из металла, однако их жесткость не совпадает с жесткостью кости. Со временем у пациента это может привести к воспалению и разрушению тканей вокруг имплантата, расшатыванию конструкции и вызвать необходимость повторных операций.

Одним из наиболее перспективных материалов для замены металла является углерод-углеродный композит. Он обладает высокой износостойкостью и абсолютной биосовместимостью с костной тканью.

Чтобы применять этот материал в реальных протезах, важно понимать, из каких частей он состоит и как каждая из них работает. Первая — это ножка (бедренный компонент), которая вставляется внутрь кости и заменяет собой часть бедра вместе с суставом. Вторая часть — чаша: округлая деталь, которая крепится к тазовой кости и соединяет ее с бедренной частью протеза в единую конструкцию. Она обеспечивает подвижность сустава и принимает на себя основную нагрузку при ходьбе, беге и других движениях.

Если для ножки применение композита уже изучено, то для чаши в научной литературе до сих пор нет исследований. Это связано с тем, что внутренняя структура углерод-углеродного композита сложная и неоднородная. Как и в любом другом материале, в нем со временем могут появляться микротрещины и другие повреждения, которые приводят к расшатыванию или разрушению протеза.

Однако если металлы и сплавы устроены достаточно просто, что позволяет с высокой точностью предсказывать поведение детали, то композит имеет другое строение, и предсказать скорость его разрушения обычными инженерными методами невозможно.

Ранее ученые Пермского Политеха разработали первую в мире компьютерную модель, которая учитывает хаотичную структуру композита и позволяет прогнозировать повреждения для ножки протеза.

Тем не менее, для надежной работы протеза все его части должны быть выполнены из одного материала. Теперь пермские исследователи впервые изучили углерод-углеродный композит в конструкции чаши эндопротеза. Результаты исследования позволят инженерам заранее рассчитывать, при каких нагрузках и в каких зонах начнутся первые повреждения, а значит — проектировать полноценные имплантаты с предсказуемым сроком службы.

Сначала исследователи построили компьютерную модель компонента. Из предыдущих исследований уже было известно, что внутреннее устройство таких композитов неоднородно, и отдельные их участки обладают различными свойствами. Соответственно, при разном давлении разрушаться они будут по-разному.

— Нужно было понять, как поведут себя обе части материала при нагрузках, которые возникают в реальном суставе при ходьбе, беге или подъеме по лестнице. Для этого в модели мы задали нагрузку и постепенно повышали ее от 0 до 400 килограммов, фиксируя, что происходит внутри чаши. Такой диапазон выбран потому, что он охватывает и обычные бытовые нагрузки, и экстремальные, которые могут возникать у физически активных людей, — рассказал Егор Разумовский, аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.

Анализ показал, что первые микротрещины возникают при нагрузке примерно 220 килограммов. Однако из-за сложной структуры разрушение не возникает строго при одной и той же нагрузке каждый раз. Чтобы получить более точную картину, исследователи перебрали тысячи возможных вариантов структуры материала и получили не одну цифру, а вероятности разрушения компонента при разном давлении.

— Например, при нагрузке 300 кг вероятность того, что в каком-то из участков возникнет повреждение, составила почти 10%, а при 400 кг — уже 38%. При этом самые опасные виды разрушений появляются только при давлении выше 650 кг — такое бывает в основном у спортсменов. Для среднестатистического человека нагрузки на сустав редко превышают 220 кг. Это значит, что чаша из углерод-углеродного композита в повседневной жизни не получает повреждений, — отметил Егор Разумовский.

Исследование пермских ученых дает инженерам и конструкторам точные и проверенные данные: при какой нагрузке, в каком месте чаши и с какой вероятностью появляются первые дефекты.

В результате разработка цельного имплантата из композита переходит из разряда теоретических гипотез в область реального инженерного проектирования с полностью предсказуемыми характеристиками прочности, долговечности и повреждения. Для пациентов это означает потенциальную возможность получить протез, который не расшатывается годами и не требует повторных операций.

– Несмотря на неточность передачи, оба «лишних» полнолуния происходят достаточно редко – раз в 2,5-3 года. Более того, из-за разницы в определениях даты для каждого из них рассчитываются по-своему и приходятся на разные годы и месяцы, – обращает внимание ученый.

Сезонная голубая Луна последний раз была отмечена 19 августа 2024 года, а следующая ожидается 20 мая 2027-го. Нынешнее майское полнолуние относится к месячному типу – ранее его можно было наблюдать в августе 2023-го, а в следующий раз – только 31 декабря 2028-го.

– Причина кроется в расхождении между двумя циклами. Календарный длится 30 или 31 день, а лунный, или синодический, составляет примерно 29,53 суток. То есть на 365 дней приходится примерно 12,37 полнолуний, и раз в два-три года накопленная дробь дает 13-е такое событие. А поскольку второй цикл короче первого, в одном из длинных месяцев полный диск земного спутника мы можем увидеть дважды, – комментирует эксперт Пермского Политеха.

По словам Евгения Бурмистрова, майское явление уникально еще тем, что накладывается на микролуние. Так называют момент, когда полная фаза ночного светила совпадает с нахождением Луны вблизи апогея – точки, в которой расстояние между ним и Землей становится максимальным. Диск будет находиться в 406 135 км от нашей планеты – это примерно как 10 раз обогнуть ее по экватору. Из-за этого спутник будет выглядеть примерно на 5-5,5 % меньше и на 10,5% тусклее обычного.

По словам эксперта ПНИПУ, нынешнее событие можно будет наблюдать в течение двух ночей – с 30 на 31 мая и с 31 мая на 1 июня. Наиболее эффектно Луна выглядит в моменты, когда находится низко над горизонтом – сразу после восхода или незадолго до захода. В эти минуты она приобретает мягкий золотисто-желтый оттенок, а расположение на фоне деревьев или зданий делает зрелище особенно живописным.

– Несмотря на то, что ночное светило станет тусклее, заметить его можно будет без каких-либо приспособлений, однако бинокль позволит различить крупные темные равнины – лунные моря и кратеры. От телескопа в полнолуние стоит воздержаться – поверхность ночного диска в этой фазе освещена Солнцем практически отвесно – то есть лучи падают почти вертикально, не создавая длинных теней, из-за чего рельеф кажется плоским и невыразительным, а чрезмерная яркость создает ощутимый дискомфорт для глаз, – обращает внимание ученый Пермского Политеха Евгений Бурмистров.

– Первыми появляются сумчатые грибы, или аскомицеты: сморчки, строчки, сморчковые шапочки и сморчковые уши. У большинства из них нет четкого разделения на шляпку и ножку, форма напоминает сморщенные комки, исключение составляет сморчок, у которого есть условное подобие шапочки. Их часто выделяют в отдельный «нулевой слой», то есть в самую раннюю волну плодоношения, потому что они растут, когда снег еще не полностью сошел, – делится ведущий инженер кафедры «Охрана окружающей среды» Пермского Политеха Мария Комбарова.

Как продолжает эксперт ПНИПУ, в мае также начинают плодоносить вешенки – плоские мягкие ароматные грибы на стволах и ветвях деревьев. Они имеют большое разнообразие оттенков – от бежевых до желтых и серых – и практически не имеют ядовитых двойников. Кроме того, в начале мая встречаются россыпи летнего опенка – нежного деликатеса с насыщенным ароматом.

– С наступлением теплой и влажной погоды в июне появляется «первый слой» –травянистый. Это подосиновики и подберезовики, которые называют красноголовиками и обабками, а также сыроежки, маслята и белые грибы березового вида. Все они тяготеют к молодым деревьям и траве, поэтому их собирают на хорошо прогретых опушках, полянах и кромках леса. Сосновые, еловые и другие виды белых появляются позже, – обращает внимание ученая.

Как отличить съедобный гриб от ядовитого двойника

Хороший грибник определяет съедобность не по одному-двум признакам, а по их комплексу. Однако у наиболее распространенных двойников все же существуют заметные отличия.

– Например, грибы-зонтики достигают крупных размеров: даже нераскрывшаяся шляпка сравнима с мужским кулаком. Их ядовитые двойники из рода Лепиота, например, лепиота коричневая, внешне похожи, но значительно мельче: их шляпка редко превышает 5-6 сантиметров. Если возникло сомнение, такой экземпляр лучше оставить, – объясняет ученая.

В лесах растет много шампиньонов, и среди них встречаются ядовитые виды, например, желтокожий и пестрый. Их можно отличить по двум признакам: при надавливании мякоть желтеет и издает резкий неприятный запах, тогда как у съедобных такого нет.

– У летнего опенка есть два опасных двойника. Первый – ложный опенок кирпично-красного цвета с выпуклой шляпкой, похожей на колпак; его употребление вызывает диарею. Второй – галерина окаймленная – гораздо опаснее, потому что смертельно ядовита. Она растет одиночно, ее шляпка не превышает 4 сантиметров, а ножка гладкая, без чешуек и пушка, – рассказывает Мария Комбарова.

Зеленоватую сыроежку часто путают с бледной поганкой, хотя вторая заметно выше. Более того, у последней на ножке всегда есть юбочка, а у молодых экземпляров – общее покрывальце. Основание также имеет клубневидный нарост.

Запрещенные лесные находки и опасные зоны сбора

Собирать запрещено две категории. Первая – грибы, содержащие психоактивные вещества. Их заготовка и сбыт преследуются по статье 228 УК РФ и грозят лишением свободы от 10 лет и более.

– Вторая категория – краснокнижные. Это красноголовик белый, который ошибочно принимают за альбиноса, а также спарассис курчавый и трутовик зонтичный, которые некоторые называют «счастьем грибника» и грибами-баранами. Они чрезвычайно редки, штраф за их сбор достигает 5000 рублей. Еще один охраняемый вид – саркосома шаровидная, или ведьмин котелок. Она съедобна и, по некоторым данным, помогает при кожных болезнях, но встречается крайне редко. Ею лечатся зайцы, лоси и белки, поэтому его запрещено изымать из природы, чтобы не подрывать биоразнообразие, – делится ученая Пермского Политеха.

В число краснокнижных входит и бледная поганка: она редкая и ядовитая, поэтому ее тоже нельзя выносить из леса. Исключение делается только для учебных организаций, вузов и научных институтов.

– Что касается места, то собирать категорически запрещено в городской среде из-за загазованности, а также вдоль автомобильных трасс на расстоянии до 25 метров. Нельзя срезать и на селитебных территориях, то есть вокруг промышленных предприятий, в радиусе до 4 километров. Все выбросы заводов и продукты горения топлива оседают в почву с сажей, тяжелыми металлами и другими токсичными веществами, которые грибы накапливают, становясь опасными для здоровья, – обращает внимание эксперт ПНИПУ.

Как определить червивые и переросшие виды

Внешний вид гриба не всегда говорит о его пригодности в пищу: крупные и красивые экземпляры могут оказаться опасными. Качество можно определить по степени зрелости и наличию червей.

– При перезревании в них запускается автолиз – распад белков, из-за чего даже внешне нормальный и съедобный вид становится ядовитым. Распознать это можно по цвету спороносного слоя: у губчатых видов, например, у белого гриба, нижняя сторона шляпки – гименофор – желтеет или зеленеет, – делится ученая Пермского Политеха.

Что касается червивости, однозначного ответа нет. Если паразитов немного, экземпляр можно спасти: положить в соленую воду, чтобы личинки сами выбрались и погибли, или срезать поврежденную часть. Если же вредителей много, лучше не брать: насекомые оставили в нем продукты своей жизнедеятельности.

Как правильно собирать грибы

Многие спорят, срезать «добычу» ножом или выкручивать. Одни уверены, что срезание помогает сохранить грибницу, другие считают, что выкручивание менее вредно. На самом деле разницы нет. В дикой природе, где не ступает нога человека, плодовые тела живут сами по себе – они вырастают, созревают, разрушаются под действием автолиза и снова превращаются в почву.

– Единственное, чего нельзя делать, – это растаптывать и ворошить лесную подстилку с грибницей, которая представляет собой тончайшую нежную паутину, пронизывающую почву. Повредить ее можно неаккуратным хождением и разрыхлением. Способ извлечения гриба из земли – дело вкуса, любой метод не наносит вреда, – комментирует Мария Комбарова.

Как перевозить и обрабатывать в первые часы

Собранный урожай – нежный и скоропортящийся, поэтому от правильной транспортировки и быстрой обработки зависит его сохранность.

– Лучшая тара для перевозки – корзина: она легкая, с прочным каркасом, в ней ничего не мнется, все лежит не толстым слоем, а благодаря отверстиям между прутьями обеспечивается вентиляция. Некоторые собирают так много, что места в багажнике не хватает, и тогда они предварительно отваривают грибы, которые теряют объем и становятся менее склонными к порче. Отвар сливают, добавляют крутую соль и закатывают в банки; такие пресервы сохраняются несколько суток даже без холодильника, – делится эксперт ПНИПУ.

После возвращения из леса нужно действовать быстро: первые часы самые важные для сохранения свежести. Опытный грибник очищает «добычу» на месте – срезает кончик ножки с песком и землей, убирает со шляпки листья и мусор, так как грязь создает среду для бактерий. Домой нужно возвращаться как можно быстрее: предельный срок до начала переработки – 24 часа, но оптимально уложиться в 6-8 часов.

– Дома все рассортировывают: молодые и крепкие экземпляры оставляют для немедленного приготовления – жарить или варить; слегка тронутые червями, некрасивые или не очень молодые используют для отваривания, жарки или заготовок, а непривлекательные измельчают и отправляют на сушку, заморозку или маринование, – обращает внимание эксперт.

Как лучше готовить грибы

Различные грибы требуют разной кулинарной обработки. Неправильный выбор способа может испортить вкус или сделать их опасными.

– Все сумчатые – сморчки, строчки, сморчковые шапочки – нужно обязательно отварить в течение 10 минут, после чего слить воду. Только после этого их можно готовить. Губчатые, то есть имеющие нижнюю сторону шляпки в виде мелкой губки: красноголовики, подберезовики, маслята, белые грибы, моховики, – можно сразу жарить или варить. Предварительная термическая обработка для них не требуется и даже лишняя.

Среди пластинчатых выделяют две группы. Зонтики, шампиньоны, сыроежки, мокрухи, опята также можно использовать для приготовления горячих блюд без предварительной подготовки. А грибы для засолки – валуи, грузди, млечники – имеют горький вкус. Чтобы убрать горечь, их надо либо вымачивать двое суток, меняя воду, либо отваривать 15 минут, а уже потом солить. Отдельно стоит универсальный рыжик – его можно солить, жарить, мариновать и заранее не отваривать.

Законодательные ограничения

Сбор лесных ресурсов в России имеет правовые рамки. Существуют как разрешенные нормы, так и запреты, нарушение которых ведет к ответственности.

– Согласно статье 11 Лесного кодекса РФ, граждане могут собирать грибы для личных нужд бесплатно, и количество собранного не ограничено. Однако приказ Минприроды № 494 от 28 июля 2020 года требует, чтобы заготовка велась способами, обеспечивающими сохранность ресурсов. Запрещено раскапывать лесную подстилку. Если все собирается для продажи, человек должен оформить статус самозанятого или ИП и с прибыли платить налоги, – заключает ученая Пермского Политеха Мария Комбарова.

Значительная часть территорий России, Канады и стран Скандинавии расположена в зоне многолетнемерзлых и сезоннопромерзающих грунтов. Здесь ведется добыча полезных ископаемых, строятся дороги, города и промышленные объекты. Однако поведение таких грунтов трудно прогнозировать: оно зависит от температуры, влажности и химического состава подземных вод. Ошибки в расчетах приводят к деформациям фундаментов, разрушению дорог и авариям инженерных сооружений.

Одним из ключевых процессов, сопровождающих замерзание грунтов, является морозное пучение — миграция воды к фронту промерзания. Там она образует ледяные прослойки, которые увеличиваются в объеме и выталкивают грунт вверх. За счет постоянного притока влаги рост объема грунта может достигать десятков процентов. Такие силы способны приподнимать многотонные здания, разрывать трубопроводы и разрушать дорожные покрытия.

Сегодня для борьбы с этим явлением пучинистый грунт заменяют на скальный или песчаный, утепляют почву вокруг фундаментов, используют сваи ниже зоны промерзания или осушают участки строительства. Однако при строительстве в северных регионах или в зонах техногенного загрязнения грунты нередко оказываются засолены, а значит, при замерзании они ведут себя иначе. В этих условиях привычные методы борьбы с пучением не работают, а прогнозировать поведение грунта становится намного сложнее. Еще одна важная задача, связанная с засоленными грунтами и породами, — это проходка стволов калийных рудников с применением искусственного замораживания. В этом случае привычные подходы к проектированию ледопородного ограждения также не работают.

Ранее влияние соли на миграцию влаги в грунтах и породах изучалось преимущественно эмпирически, а в расчетах обычно предполагалось, что она лишь ослабляет пучение, что напрямую влияло на точность инженерных расчетов.

В результате при определенных количествах соли грунт вел себя агрессивнее прогнозов, создавая нештатные нагрузки. Особо опасны последствия для горнодобывающей промышленности. Например, при строительстве калийных рудников, где земля изначально засолена природным образом. В таких условиях поведение породы становится труднопредсказуемым: из-за неравномерного пучения могут возникать трещины и разломы, по которым вода прорывается в шахтный ствол. Это не просто ведет к убыткам, но и угрожает безопасности жизни рабочих. Для этого в засоленных породах применяют искусственное замораживание, чтобы создать ледопородное ограждение и не допустить прорыва воды. Но чтобы такая защита работала надежно, необходимо точно знать, как соль влияет на процесс замерзания.

Для северных регионов это также создает серьезные риски. Пучение деформирует фундаменты жилых домов, разрушает дорожное покрытие, разрывает трубопроводы и повреждает другие инженерные сооружения. В результате страдает инфраструктура целых городов и регионов, а на восстановление объектов уходят миллиарды рублей.

Ученые Горного института УрО РАН, Пермского Политеха и Института природопользования НАН Беларуси впервые изучили, как концентрация соли влияет на миграцию влаги. Это позволит повысить безопасность строительства в северных регионах, а также избежать миллиардных убытков от разрушения фундаментов, дорог и шахт.

Для экспериментов выбрали три типа грунта: глину, мел и суглинок. Это одни из самых распространенных пород, с которыми сталкиваются строители в зонах вечной мерзлоты и в районах добычи калийных солей. В ходе лабораторных экспериментов ученые воспроизвели процесс промерзания. Сначала подготовили сами грунты: измельчили их, просеяли через сито и на неделю оставили в закрытых емкостях, чтобы влага равномерно распределилась по всему объему.

В подготовленные образцы добавили поваренную соль — наиболее распространенный тип засоления в природе. Ее количество рассчитывали так, чтобы получить заданные температуры начала замерзания. Для каждого типа грунта сделали по три варианта с разной соленостью и еще один контрольный образец без соли, чтобы было с чем сравнивать.

Образцы поместили в специальные емкости, чтобы воспроизвести процесс промерзания при контролируемом температурном градиенте: один конец охлаждали, а другой нагревали. Созданный перепад заставлял влагу двигаться от теплого участка к холодному, имитируя естественные условия в грунте. Сами емкости имели особую форму, которая позволяла грунту вспучиваться, имитируя реальное поведение пород.

После замеров влажности и содержания соли в каждом фрагменте образцов ученые построили графики, отражающие зависимость количества воды и соли в мерзлой зоне от исходной засоленности грунта. Эти данные должны были ответить на главный вопрос: действительно ли соль всегда ослабляет пучение или реальная картина сложнее.

— Анализ показал, что при малых концентрациях соли (до 0,0035 кг/кг) пучение не ослабевает, а, наоборот, усиливается на 17–40%. При более высоких концентрациях эффект становится противоположным — миграция влаги замедляется, — отметил Михаил Семин, доктор технических наук, заведующий лабораторией и ученый секретарь Горного института УрО РАН, профессор кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ.

Ключевой вывод исследования заключается в том, что соль влияет на пучение преимущественно через изменение гидравлической проницаемости —способности пропускать воду. При небольшом содержании соли в порах увеличивается количество незамерзшей влаги, и вода легче перемещается к фронту промерзания. При высокой засоленности, наоборот, фильтрационные свойства грунта ухудшаются, и поток воды ослабевает. Ранее влияние соли объясняли в основном изменением активности рассола и другими сложными химическими реакциями.

Полученные зависимости позволят инженерам проводить более точные расчеты и выявлять концентрации соли, при которых пучение достигает максимума, чтобы заранее предусматривать необходимые меры защиты.

Достоверность результатов обеспечили тем, что для каждого типа грунта делали несколько образцов с одинаковой соленостью, чтобы проверить повторяемость. Все эксперименты также проводили при строгом контроле температуры, а перед началом образцы выдерживали в одинаковых условиях, чтобы влажность была равномерной.

В результате ученые впервые получили экспериментальные данные и зависимости, позволяющие инженерам точно прогнозировать поведение засоленных грунтов. Особенно важны полученные результаты для строительства и эксплуатации подземных выработок с использованием технологии искусственного замораживания. Понимание того, как соль влияет на движение влаги в мерзлом грунте, позволяет точнее прогнозировать риски и делать строительство горных выработок и других подземных сооружений безопасным.

В Арктике и других северных регионах полученные результаты позволят также точнее рассчитывать нагрузки на фундаменты жилых домов, прогнозировать деформации дорожного полотна и избегать аварий на промышленных объектах, связанных с подвижками грунта и разрушением несущих конструкций.

– Прямым подтверждением служат современные миноги — примитивные водные животные, внешне похожие на рыб. Их личинки до сих пор имеют действующий эндостиль для фильтрации воды, а при взрослении он перестраивается в настоящую щитовидную железу. У человека тот же эволюционный путь «записан» в генах, поэтому зачаток будущей щитовидки появляется у эмбриона на 3-4‑й неделе. Именно это делает щитовидную железу одним из древнейших эндокринных органов среди всех позвоночных, – делится кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» Пермского Политеха Валерий Литвинов.

Щитовидная железа матери обеспечивает развитие мозга ребенка

В первом триместре беременности щитовидная железа плода еще не работает, и его мозг полностью зависит от материнских гормонов, которые проходят через плаценту и управляют формированием разных его отделов. Во второй половине беременности эти гормоны продолжают поступать от матери и поддерживают дальнейшее созревание центральной нервной системы ребёнка.

– Однако, если женщина испытывает сильную нехватку йода и тиреоидных гормонов во время беременности – это может вызывать необратимое повреждение мозга плода уже к середине срока; самое тяжелое последствие – кретинизм, при котором ребенок рождается с выраженной умственной отсталостью, сильно отстает в физическом развитии и страдает глухонемотой. Для предотвращения необратимых нарушений всем новорождённым в первые дни жизни проводят анализ на врождённый гипотиреоз – недостаточную выработку гормонов щитовидной железой, – и при его выявлении сразу назначают лечение гормонами, что позволяет младенцу развиваться нормально, – отмечает эксперт ПНИПУ.

Нехватка гормонов щитовидной железы ухудшает память и внимание

Связь между работой щитовидной железы и умственными способностями сохраняется на протяжении всей жизни. Даже небольшое снижение ее функции, которое еще не проявляется явными симптомами и называется субклиническим гипотиреозом, негативно сказывается на работе головного мозга.

– У людей среднего и пожилого возраста как выраженное, так и скрытое снижение её работы связано с ухудшением памяти, скорости реакции, способности концентрироваться и удерживать внимание. Эти изменения часто нарастают постепенно, и поначалу их можно списать на стресс или переутомление. Однако при гипотиреозе они напрямую связаны с замедлением обменных процессов в нервных клетках. Даже незначительные сбои в работе органа важно вовремя выявлять и корректировать, – обращает внимание Валерий Литвинов.

Рекордное кровоснабжение: почти как четыре почки

Несмотря на свой маленький размер, щитовидная железа пропускает через себя почти всю кровь организма за одну минуту.

– Кровоток в ней в 50 раз выше, чем в мышечной ткани. Установлено, что на 10 граммов ткани щитовидной железы приходится 56 миллилитров крови в минуту, в то время как на такое же количество ткани одной почки – 15 миллилитров, а мышцы в покое – всего 1,2 миллилитра. При патологических состояниях, которые сопровождаются увеличенной выработкой гормонов, объем проходящей крови может еще больше возрастать, – отвечает ученый Пермского Политеха.

Главный терморегулятор организма

Немногие знают, но щитовидная железа также отвечает за две противоположные стороны терморегуляции: она помогает организму и охлаждаться, и согреваться.

– При пониженной выработке гормонов активность потовых желез падает настолько, что человек почти перестает потеть – кожа остается сухой и шершавой даже в сауне. Без испарения влаги организм лишается главного способа отдавать тепло, что может привести к опасному перегреву, особенно в жаркое время, – делится эксперт ПНИПУ.

Одновременно с этим щитовидка управляет реакцией на холод. При длительном охлаждении она активирует особую бурую жировую ткань. В отличие от обычного белого жира, который запасает энергию, бурый специально сжигает ее для выделения тепла. Она является главным терморегулятором в нашем организме.

«Сезонный орган»: фотопериодическая перестройка

Работа щитовидной железы напрямую зависит от длины светового дня, и эта способность организма подстраиваться под продолжительность освещения называется фотопериодической перестройкой. В темное время года под действием мелатонина активность органа падает, а с увеличением светового дня – повышается.

– Это отражается на уровнях гормонов Т3 и Т4, которые влияют на скорость расхода энергии, работу сердца, мозга, температуру тела и многие другие процессы. Именно через изменение их выработки щитовидная железа переводит сигнал о длине светового дня на язык всего тела и становится главным проводником, обеспечивающим качественную адаптацию к смене сезона, – комментирует Валерий Литвинов.

Регулирует работу сердечно-сосудистой системы

Щитовидная железа напрямую управляет сердцем и сосудами с помощью вырабатываемых ею гормонов. Эти вещества делают сокращения сердечной мышцы более сильными и частыми, за счёт чего сердце перекачивает больше крови за минуту и верхнее давление растёт. Одновременно они же могут расширять мелкие сосуды. В результате увеличивается разница между верхним и нижним давлением – так щитовидка настраивает кровоснабжение органов под текущие нужды организма.

– Если этот орган работает слишком активно, возникает постоянное или приступообразное учащенное сердцебиение – тахикардия. Когда выработка гормонов снижена, пульс, наоборот, становится редким – развивается брадикардия. Даже небольшой, незаметный избыток биологически активных веществ может в два-три раза повысить риск опасных нарушений ритма, например, мерцательной аритмии, – обращает внимание эксперт ПНИПУ.

Как комментирует ученый Пермского Политеха Валерий Литвинов, роль щитовидной железы гораздо сложнее и многограннее, чем принято думать. Она участвует в процессах, которые люди привыкли связывать с совсем другими системами организма. Ее благополучие – необходимое условие физического и умственного здоровья в любом возрасте.

– Задача системы охлаждения заключается в отводе избыточного нагрева от двигателя. При летней эксплуатации автомобиля возникают дополнительные тепловые нагрузки. Это может привести не только к снижению ее эффективности, но и к достаточно серьезным последствиям, связанным с выходом из строя элементов или самого двигателя целиком. Дополнительно тополиный пух, разносимый ветром в июне, забивает радиатор и снижает его функционал, блокируя поток поступающего в него воздуха, – рассказывает Сергей Пестриков.

Чтобы прямо во время поездки не оказаться на обочине с вышедшим из строя двигателем, стоит заранее подготовить радиатор и вентилятор, а также залить правильные антифриз и масло.

– Радиатор проверяется на отсутствие загрязнений – если они есть, необходимо удалить их водой или мягкой щеткой, либо обратиться в автосервис. Обязательно нужно оценить состояние шлангов, по которым циркулирует охлаждающее вещество – антифриз. Требуется их заменить при обнаружении трещин, вздутий, подтеков. Проверка вентилятора осуществляется при прогреве двигателя до температуры 95–100°C – в этот момент он должен включиться. Все крутящиеся узлы, лопасти и водяной насос при работе не должны иметь посторонних шумов. Необходимо, чтобы уровень находился между отметками Min и Max на расширительном бачке. Жидкость должна быть прозрачной, без хлопьев и сгустков. Обязательно в дорогу возьмите с собой резервную канистру – важно, чтобы она была именно такая, которая уже залита, потому что смешивание разных типов может привести к химической реакции, выпадению осадка и потере охлаждающих свойств. В условиях жаркого климата стоит использовать летние классы масел, а не всесезонные – до +30 °C 5W-30, 5W-40, а при +30 °C и выше 5W-40, 10W-40, – рекомендует Сергей Пестриков.

Если двигатель все-таки перегрелся прямо во время поездки, первым делом нужно немедленно остановиться в безопасном месте на обочине и заглушить мотор, чтобы избежать его деформации и закипания охлаждающей жидкости.

– После остановки следует выключить кондиционер, выкрутить на максимальную температуру отопитель – это поможет отвести лишнее тепло от двигателя – и открыть окна для проветривания. Категорически нельзя открывать капот или пробку радиатора сразу после остановки — горячий пар или антифриз под давлением могут сильно обжечь. На подъемах кондиционер лучше отключать, поскольку его компрессор забирает около пяти лошадиных сил, что создает дополнительную нагрузку и повышает риск перегрева, особенно у маломощных автомобилей, – отвечает Сергей Пестриков.

Как защитить шины от деформаций из-за жары

– Разогретый асфальт серьезно влияет на колеса во время длительного путешествия: при движении температура внутри них может подниматься до 60–80°C, что повышает давление воздуха, снижает жесткость резины и увеличивает ее сцепление с дорогой. В результате ускоряется износ протектора, растет время, за которое машина тормозит, и расход топлива, а перегретые шины становятся более уязвимыми для повреждений. Вопреки страхам, расплавиться они при обычной поездке не могут, так как с резиной это происходит при температуре около 180°C, но вздуться из-за критического перегрева и избыточного давления вполне реально — это ведет к их внезапному разрыву на ходу, потере управления и аварии, – говорит Сергей Пестриков.

Чтобы подготовить колеса к длительному летнему путешествию в жару, нужно провести комплексную проверку.

– Визуально осмотрите их на предмет порезов, трещин, грыж и износа — остаточная глубина протектора должна быть не менее 1,6 мм, а лучше 2–3 мм. Также стоит проверить состояние дисков – нет ли коррозии или деформации, при необходимости сделать балансировку. Категорически нельзя спускать шины «на глаз», как иногда советуют. Во-первых, визуально определить фактическое давление невозможно. Во-вторых, так ухудшается управляемость, увеличивается их износ и расход топлива. При этом резина перегревается еще сильнее из-за повышенного трения, а риск разрыва наоборот возрастает, – советует Сергей Пестриков.

В жару оптимально проверять давление специальным прибором манометром каждые 3–5 дней и поддерживать строго по рекомендации автопроизводителя – она прописана на люке бензобака и в инструкции по эксплуатации. В некоторых случаях, если поездка предстоит с полной загрузкой – пассажирами и багажом, его можно чуть повысить, чтобы улучшить управляемость машины.

Сергей Пестриков порекомендовал летом на дальней трассе делать профилактические остановки каждые 1,5–2 часа, давая шинам остыть в течение 10 минут.

Что сделать, чтобы в поездке не отказали тормоза

– Летом эффективность тормозной системы снижается из-за совокупности факторов: при высокой температуре окружающего воздуха и частых остановках, особенно в горах, пробках или при динамичной езде, диски и колодки перегреваются — при превышении 400°C сила трения между ними резко падает, и автомобиль хуже замедляется, даже если педаль нажата в пол. А тормозная жидкость при нагреве способствует образованию пузырьков пара. Когда вы нажимаете на педаль, он не дает поршню сжаться и переместить вещество к колодкам, – делится Сергей Пестриков.

Это опасно резким увеличением пути остановки автомобиля в критической ситуации вплоть до полного отказа системы, потерей контроля над машиной, перегревом и загоранием колесных механизмов.

– Во-первых, убедитесь, что у вас залита жидкость, предусмотренная документацией, обычно DOT 4 или более устойчивая к жаре DOT 5.1, проверьте ее уровень между метками Min и Mах, а также прозрачность: если она потемнела или мутная, ее пора менять. Осмотрите диски и колодки на предмет трещин, деформаций, следов перегрева – об этом будет свидетельствовать синеватый отлив – и измерьте толщину накладок, минимальная допустимая составляет 2–3 мм, – отвечает Сергей Пестриков.

Как уменьшить нагрузку на проводку и аккумулятор

Длительная поездка в жару создает дополнительные нагрузки на электропроводку и аккумулятор автомобиля.

– При постоянной работе на пределе провода и металлические контакты нагреваются сильнее обычного, что ускоряет их старение, повышает сопротивление и может привести к короткому замыканию, оплавлению или даже возгоранию, – объясняет Сергей Пестриков.

Начните с визуального осмотра: жгуты, разъемы, предохранители не должны быть повреждены или оплавлены. Не забудьте про подкапотную проводку, находящуюся вблизи двигателя, и других в местах с возможным механическим воздействием. При обнаружении отклонений от нормы, эти фрагменты следует заменить.

– С помощью мультиметра можно измерить напряжение аккумулятора. При заглушенном двигателе нормальное значение — около 12,5–12,7 В. После его запуска напряжение должно подняться до 13,5–14,5 В. Если оно ниже, это может указывать на проблемы с генератором. Обратная ситуация –значение выше 14,8 В —симптом неисправности регулятора напряжения, – отмечает Сергей Пестриков.

В длительной поездке стоит умеренно использовать дополнительные электроприборы, например, мультимедиа, навигаторы, зарядные устройства для гаджетов, фары, противотуманные фонари, подсветку салона, системы климат-контроля, так как они создают дополнительную нагрузку на проводку.

Какие предметы нельзя оставлять в салоне машины в жару

В сильную жару салон автомобиля превращается в настоящую печь, где температура может достигать 50–70°C.

– Помните, что категорически нельзя оставлять на солнце газовые зажигалки и аэрозольные баллончики, например, дезодоранты и освежители воздуха, — они нагреваются и взрываются как миниатюрные гранаты, разлетаясь острыми осколками. Очки и бутылки с водой способны сработать как линзы, фокусируя солнечные лучи в одной точке, что может привести к возгоранию обивки сидений или приборной панели. А электронные гаджеты могут не только безвозвратно выйти из строя, но и воспламениться, – предупреждает Сергей Пестриков.

Стоит обзавестись специальным солнцезащитным экраном на лобовое стекло — он не только предотвратит фокусировку лучей и защитит салон от перегрева, но и снизит риск возгорания от случайно забытых в машине предметов.