19 января 2021, вторник, 15:54
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Фокусируемый ионный луч и электронный микроскоп помогут изучить наноструктуру почвы

Gerke et al./Geoderma, 2020

Ученые из Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта, Почвенного института имени В. В. Докучаева и Московского физико-технического института предложили новый метод внутреннего анализа образцов почвы на принципиально новом масштабе — до нескольких нанометров. Статья с результатами работы опубликована в журнале Geoderma, где она была отмечена наградой «Editor’s choice». Исследование было поддержано грантом Президентской программы Российского научного фонда, кратко о его итогах сообщает пресс-релиз фонда.

По небольшому образцу почвы современные ученые могут многое сказать о ней: установить ее происхождение, физические свойства и определить ее плодородность. Исследования такого рода важны в самых разных областях, от сельского хозяйства до криминалистики, они могут быть использованы и при изучении грунта других планет. Обычно объемные изображения исследуемого образца получают при помощи рентгеновской томографии. Но ее возможностей бывает недостаточно, чтобы рассмотреть самые крошечные полости и трещины внутри образца.

Авторы нового метода совместили две технологии: фокусируемый ионный пучок (фокусируемый ионный луч, ФИЛ) и сканирующую (растровую) электронную микроскопию. Две этих технологии близки друг другу, только в первой из них с исследуемым образцом взаимодействует пучок не электронов, а ионов, кинетическая энергия которых больше. Поэтому ионы выбивают атомы из образца, и ФИЛ дает возможность обработать образец на наноуровне. Например, ионным пучком можно снять только один внешний слой атомов, не затронув лежащие глубже.

Для получения трехмерного изображения образца почвы на наноуровне ученые совмещали двухмерные картинки, сделанные при помощи сканирующего электронного микроскопа, срезая слои образца при ионного луча. Это позволило им открыть внутреннюю структуру даже самых хрупких и пористых образцов и впервые количественно описать пористость почвы на наноуровне.

Эксперименты проводились с почвой двух типов: черноземной и дерново-подзолистой. Знаменитое плодородие черноземов во многом достигается за счет фрагментов перегноя и высокой пористости. Сначала при помощи томографии ученые получили примерные размеры пор в образцах, а с помощью сканирующего электронного микроскопа смогли различить часть минеральных включений на поверхности образца. Комбинация ионного луча и электронного микроскопа дала геофизикам возможность рассмотреть еще и участки органо-минеральных соединений внутри образцов. Были получены изображения с разрешением до 4 нанометров (при томографии разрешение составило 1,01 микрометра, то есть примерно в 250 раз крупнее).

При сравнении результатов выяснилось, что из-за небольшой плотности органического вещества томография не способна отличить их от внутренних полостей. Полученные в ходе томографии данные о количестве пор и их размерах оказались не совсем верными: чернозем обладает значительно большей пористостью по сравнению с дерново-подзолистой почвой, чего нельзя увидеть с помощью томографии.

Важность точного определения пористости и структуры образцов почвы, выявления органических и минеральных включений объяснила руководитель проекта, старший научный сотрудник ИФЗ им. О. Ю. Шмидта Марина Карсарина: «Полученные нами изображения в будущем позволят моделировать характеристики, которые сейчас невозможно зафиксировать в лабораторных условиях. Например, это способность проводить и удерживать воду и воздух, а также доступность питательных веществ для растений и микроорганизмаов. Сейчас мы работаем над совмещением методики с другими подходами, в том числе на основе синхротронного излучения, для быстрого исследования структуры почв на наноуровне».

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос кошки культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники средневековье старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2021.