Světová špička, mineralog Jakub Plášil, se už roky věnuje rozplétání složitých krystalických struktur a objevování nových minerálů. Na první pohled by se mohlo zdát, že jde o okrajovou oblast vědy, která dnes není „v kurzu“. Jenže právě Plášil a jeho kolegové přicházejí s objevy, které mají širší dopad – třeba na pochopení toho, jak se uran a další kovové prvky šíří v přírodě. Za svůj výzkum získal ocenění Evropské mineralogické unie.
Když se řekne mineralogie, lidé si často vzpomenou na vitríny v Národním muzeu. Je pro vás radost se mezi nimi procházet?
Od malička jsem to měl rád. Chodil jsem tam s rodiči a vždy jen do mineralogických sbírek (smích), ostatní jsem tehdy vůbec neregistroval. Měl jsem možnost vidět sbírky během rekonstrukce budovy u kolegů v depozitářích muzea v Horních Počernicích. Věnovali úctyhodné množství času jejich čistění, konzervaci a následnému znovuuspořádání a výběru minerálů do vitrín. Ale přiznám se, že po rekonstrukci jsem tam byl jen jednou, ačkoli s Národním muzeem dlouhodobě výzkumně spolupracuji. Když už mám volnou chvíli, tak se jdu raději projít do lesa a fotit, abych načerpal úplně jiné podněty, protože „šutry“ jsem obklopen a byl jsem obklopen vlastně pořád.
V červenci budete přebírat významné ocenění Evropské mineralogické unie – EMU Research Excellence Medal za rok 2024. Překvapilo vás, když jste se dozvěděl, že cenu získáte?
Nečekal jsem to, protože se věnuji věcem, které nejsou úplně v kurzu. Dělám transoborový a multisdisciplinární výzkum v oblasti klasické krystalografie. Příliš neinzerujeme, že děláme kvalitní výzkum, a proto jsem ani nečekal, že si toho ve světě někdo všimne.
Ocenění považuji především za uznání české krystalografie a mineralogie, protože tento obor tu má velmi dlouhou tradici, od druhé poloviny 19. století. A jsem moc rád, že v tom mohu pokračovat, disciplínu rozvíjet a dělat to, čemu věřím, že je důležité. Někdy je trošku konzervativnější přístup a vzdor potřebný už i proto, že obor mineralogie postupně na univerzitách mizí. A to je velká škoda. Mizí nám tím část know-how, část našeho společného vědění.
Zabýváte se zejména minerálními strukturami a strukturami anorganických látek. Řešíte proč, kde a za jakých podmínek třeba právě minerály vznikají. Jaká je ve vašem pojetí klasická krystalografie?
V poslední době se už daleko více věnuji studiu minerálů, které jsou známé třeba padesát, sto let, a přesto doposud nikdo nepopsal jejich složitou strukturu. A nepomohly k tomu ani moderní metody, které během posledních 20 let prodělaly obrovský vývoj. Tím, že struktura zůstala neznámá, postrádáme poměrně důležitou informaci, která je klíčová pro pochopení a stanovení některých dalších fyzikálně-chemických vlastností, jako je třeba rozpustnost.
Upozaďovaná, ale důležitá intuice
Má smysl trávit roky řešením struktury minerálu, která zajímá jen pár lidí na zeměkouli?
Když se podaří strukturu rozklíčovat, posouváme tím dál i výpočetní metody k tomu použité. Díky tomu, že jsme objevili nový „výpočetní trik“ a optimalizovali jsme postup výpočetní metody, tak jsme zjednodušili řešení stovek dalších struktur v našem programu Jana, který je více než 30 let vyvíjen Václavem Petříčkem. Roky se snažíte odhalit, kde je zakopaný pes. Jako třeba v případě složitého dvojčatění struktur. Nebo přjít na to, proč řešení vzdoruje složitá modulovaná struktura, která poskytuje velmi komplexní difrakční obrázek, na základě kterého jsme tu strukturu schopni vyřešit. Pak dostanete nějaký nápad, nebo přijdete na maličkost, která vám to celé pomůže odhalit, a v mžiku to máte hotové. V mžiku ne, to přeháním.
Kolik lidí na světě se věnuje řešení komplikované struktury minerálů?
Na světě je tak deset krystalografů, kteří je řeší. Často se věnují určité specifické skupině látek, třeba složité struktuře sulfosolí. Kdysi dávno jsem se věnoval rudní mineralogii, zajímaly mě právě sulfosole. Pak jsem se během studia na vysoké škole začal věnovat minerálům a strukturám šestimocného uranu, které jsou z mnoha důvodů fascinující a důležité. Po 15 letech studia těchto látek se na mě obrátil kolega a kamarád, jestli bych mu pomohl se složitou strukturou jednoho sulfoarseničnanu/sulfoantimonidu olova, se kterou mu v tu chvíli nebyl s to nikdo pomoci, a já souhlasil. Tak jsem se zpět dostal a pronikl trochu do krystalografie těchto látek a nyní dělám obojí. Jak sulfosoli, tak oxysoli. To na světě dělá pár lidí, a to nepřeháním.
Máte z poslední doby nějakou oblíbenou strukturu, kterou se vám podařilo vyřešit?
V posledních dvou letech se mi podařilo vyřešit celou řadu zajímavých struktur. Dokončujeme postupně asi šest publikací. Jako příklad uvedu minerál, který byl poprvé popsán v Africe v osmdesátých letech. Neměl známou strukturu, ale už podle původního popisu to vypadalo, že to bude pěkný oříšek, protože má hodně „divoké“ chemické složení – jedná se o hydratovaný silikát karbonát uranylu, který obsahuje prvky vzácných zemí, zejména gadolinium, a vápník.
Tenhle minerál tvoří extrémně dlouhé jehličky, vlastně velmi tenké a protažené tabulkovité krystaly. Pro lepší představu – takový krystal je dlouhý milimetr, ale jeho tloušťka je tisícina milimetru. Jsou to velmi jemná vlákna, která se strašně jednoduše ohnou, distortují. Tím však znemožníte určení struktury, protože když krystal ohnete, tak strukturu jednoduše lokálně doslova zboříte.
Jak se vám podařilo strukturu určit?
Pomocí difrakce na velmi silném rentgenovém zdroji se mi podařilo zjistit, že byť vlákno vypadá a chová se uniformně jako monokrystal, tak ve skutečnosti je tvořeno dalšími tisíci jedinci. Díky kolegyni Gwladys Steciukové se povedlo určit strukturu pomocí elektronové difrakce. Máme strukturní model, který není dokonalý, ale jiný není a jen tak nebude. Do jisté míry je to stále značná aproximace. Ale při studiu jsme narazili na nějaké limity, které jsou diktovány variabilitou každého jednoho studovaného nanokrystalu. Ta variabilita je primárně závislá na mírně odlišném obsahu molekulární vody v krystalu. A to stačí k tomu, aby se každý krystalek choval trošičku jinak. Zpracovávala se měření více než dvou desítek krystalů a tisícovka experimentálních obrázků. Toto zpracování zabralo dva roky výpočetních operací.
Máte pocit, že výzkum ve vašem oboru usnadní umělá inteligence?
Umělá inteligence je velké téma, do kterého úplně nevidím. Proto zkusím raději posunout pohled zpět k nám lidem, ne strojům. Moje zkušenost mi říká, že ve vědě je strašně důležitá, ale i upozaďovaná a podceňovaná, role intuice. Ta nám totiž pomáhá nasměrovat, kam se s výzkumem ubírat. Neumím odhadnout, nakolik je takováto dovednost nahraditelná umělou inteligencí. Na druhu stranu mi však také přijde, že lidský faktor je důležitý právě díky inherentní přítomnosti chyb. Tyto na první pohled nesmyslné chyby vám často ukážou alternativní cesty nebo něco, co jste během výpočtu nebo výzkumu, atd., přehlédli.
Difrakce je fyzikální jev, při kterém dochází k rozptylu záření na periodicky uspořádaných bodech, např. atomech v krystalu, čímž je možné určit jeho strukturu. Existuje elektronová, neutronová či rentgenová difrakce. V roce 1914 dostal německý fyzik Max Theodor Felix von Laue za objev difrakce rentgenového záření na krystalu Nobelu cenu za fyziku. Jedním ze světově nejproslulejších difrakčních snímků je snímek DNA, který pořídila britská vědkyně Rosalind Franklin, a z něhož pak Francis Crick a James Watson určili strukturu DNA dvoušroubovice, za což získali v roce 1962 Nobelovu cenu za medicínu (Rosalind Franklin zemřela v roce 1958, Nobelovu cenu nezískala). V Československu byli průkopníky rentgenové strukturní analýzy Bohuslav Ježek, Adéla Kochanovská a Vladimír Ulrych.
Systematická práce přispívá k poznání
Jste renesanční člověk?
(Smích) Jo, už jsem to někdy slyšel, ale myslím si, že je to trochu přehnané.
Kde se ve vás bere touha řešit nevyřešené?
Mohl bych použít patetickou formulaci a tvrdit, že se snažím přispět svým konáním k rozvoji lidstva a poznání, ale tuto otázku si velmi často kladu sám sobě, hlavně když jsem frustrovaný. Pomáhá mi to uvědomit si, že to, co dělám, je dobré a důležité. Samozřejmě nebudu zakrývat, že je vzrušující odhalovat skryté zákonitosti a neznámé látky. Do určité míry to lahodí egu, a když se něco povede, je to samozřejmě příjemné a je potřeba to říct. Je to jako objevit novou hvězdou a vzbuzuje to ve vás zvláštní pocit. Vzrušující, ale zároveň povznesený. Uvědomíte si, že objevujete a vidíte věci, které nikdo nikdy před vámi ještě nespatřil.
Na druhou stranu, dosáhnout objevu, kterému bychom mohli říci bez příkras „velký“, je stále složitější. Neprozkoumaného prostoru rapidně ubývá a soustřeďujeme se na menší a fajnovější detaily. I proto je nutné se naučit radovat z maličkostí. Ty velké, přelomové objevy, jako jsou radioaktivita nebo vlnová funkce, se už uskutečnily. Teď skládáme stejnou mozaiku jemněji, věnujeme se minuciózní práci. Byť to vypadá jako bizarní maličkost, která se zdá být nevýznamná, je dobré si uvědomit, že se tím věda zase o kousek posouvá. Ale i zde se pak jednou za čas neočekávaně zjeví úžasný objev. Narážím tím třeba na objev a popis altermagnetismu týmu Tomáše Jungwirtha, který vyšel z báze extrémně poctivé, systematické a dlouhodobé práce na poli antiferomagnetismu. Systematičnost a kontinuita jsou dvě věci, které bych si dovolil zmínit a zdůraznit jako extrémně důležité prvky výzkumu, které také činí výzkum efektivním a často vedou k úspěchu.
Je objevování nových minerálů uspokojivější než rozklíčování jejich struktur?
Ve světě vědy panují neoficiální závody, kdo popíše nejvíce nových minerálů. Nějakou dobu jsem tomu trochu podlehl, ale myslím, že jsem rychle vystřízlivěl. Podílel jsem se na popisu více než 120 nových minerálů a je třeba zdůraznit, že je to v 99 procentech případů týmová práce.
Jeden z prvních mineralogů, který začal zkoumat struktury minerálů moderní rentgenovou difrakcí, je Anthony Kampf z Natural Museum of Los Angeles County. Má na svém kontě objev asi 500 minerálů. Hodně spolupracuje s lokálními sběrateli ve Státech, kteří mu dávají vzorky k výzkumu. Spolupracuji s ním dlouhodobě na měření optických vlastností minerálů, což dneska už málokdo umí. Nikdo se tomu moc nechce věnovat, jelikož to je pracná záležitost u optického mikroskopu. Musíte na to mít vycvičené oko a sedět u toho. Tony zase využívá mých zkušeností krystalografie uranu.
Přečtěte si také
Krystalicky jasným označujeme něco, co je zjevné a nepopiratelné. Krystal je v naší představě průhledný, zářivý a krásný. Skutečnost je méně romantická. Vítejte ve světě 3D stavebnic z atomů a molekul.
Jaký váš objev považujete za nejdůležitější?
Během posledních 12 let se nám povedlo rozšířit skupinu známých minerálů síranů šestimocného uranu. Jsou to malé, žluté nebo oranžové krystaly, všechny vypadají stejně a už na první pohled se s nimi špatně pracuje. Není divu, že byly vzhledem ke složitosti charakterizace považovány ze stejné. Původních osm známých minerálů, vyskytujících se v přírodě, se díky našemu výzkumu ukázalo být čtyřicet pět neuvěřitelně chemicky a strukturně odlišných látek. A to jistě není konečné číslo! Už tušíme, proč se někde vyskytují. Víme, že některé vznikají z extrémně kyselých roztoků, zatímco jiné takřka z „pitné vody“. Za tímto úspěchem se skrývá dvanáct let systematického výzkumu, v rámci kterého kolegové v Americe sbírali a identifikovali vzorky, třídili ty se známými strukturami od neznámých, zatímco my jsme tady řešili struktury a měřili vibrační spektra. Tento výzkum ukázal, jak moc je ta systematická práce důležitá.
Ve volném čase fotíte, ale používáte méně obvyklou techniku focení pralesů, vrátil jste se k analogu a černobílé fotografii. Co vás k tomu vedlo?
Já vlastně používám oboje. Jak digitál, tak analog. Každý formát vyžaduje něco jiného a současně umožňuje něco jiného. Digitální fotografii využívám kvůli velkému rozlišení jako základ pro zhotovení matric pro fotogravuru, což je technika „analogového“ tisku, která sice malinko setře, ale v něčem uchová rozlišení původní fotografie.
K analogové či filmové fotografii jsem se vrátil po letech zcela digitální tvorby. Coby mladík jsem fotil na kinofilm, poslední roky fotím na svitkový film a panoramatický formát přezdívaný nudle. Ten určitým způsobem redukuje a určitým způsobem naopak rozšiřuje pohled na svět. Obzvlášť když fotíte „na výšku“. Tonalita černobílé velkoformátové fotografie je nedostižná – měkká, nevyumělkovaná, náramně výtvarná.
V lese čekáte na nejlepší světlo, v kolik musíte vyrážet na focení?
Většinu času fotím v Národní přírodní rezervaci Boubínský prales, a pokud to jen trochu jde, vyrážím před rozbřeskem, nebo naopak zůstávám v lese až do úplné tmy. To pak dostávají stromy zcela jiný objem a prales prostor. Vnímáte ho pak úplně jinak. Ledacos je pak už jen naznačeno, nedořečeno.
Autorka: Petra Köppl (Fyzikální ústav AV ČR)
Foto: René Volfík a Jakub Plášil
Jakub Kopecký Plášil získal v roce 2024 prestižní ocenění EMU Medal for Research Excellence, které uděluje Evropská mineralogická unie. Ve svém výzkumu se zaměřuje na strukturální analýzu složitých krystalických materiálů pomocí metod difrakce. Jeho práce významně přispěla k poznání uranových minerálů a nanokrystalických fází v přírodě, což vedlo k objevu dosud neznámých minerálů. Zásadně tak rozšířil znalosti o oxidačních a zvětrávacích procesech uranových ložisek a jejich vlivu na mobilitu uranu v geo- a biosféře. Jeho kniha Jáchymov – Mineralogická perla Krušnohoří mu v roce 2020 vynesla nominaci na Magnesii Literu za naučnou literaturu. Kromě vědy se věnuje i fotografii, zejména zachycování krásy stromů a pralesů.
- Autor článku: ne
- Zdroj: VědaVýzkum.cz
