Цифровой двойник почвы покажет, где будет наводнение, а где засуха
Международный коллектив ученых впервые сравнил три метода компьютерного моделирования почвы на уровне пор. Результаты исследования показывают, что цифровой двойник почвы корректно работает для прогнозирования ее свойств. Этот подход найдет применение во множестве областей: от нефтегазовой промышленности и материаловедения до почвоведения и гидрологии.
Результаты опубликованы в журнале Soil and Tillage Research. Авторы показали, что разработка и применение цифрового двойника почвы открывает новые возможности для неинвазивного исследования и прогнозирования ее свойств. Этот подход позволит предотвращать эрозии и наводнения, прогнозировать запасы воды в различных сценариях выпадения осадков, а также учитывать влияние изменения климата.
«Можно пойти и дальше — на основе разрабатываемых методик можно создавать дизайнерские почвы с идеальными физическими свойствами для определенных культур и условий окружающей среды»,— добавил Кирилл Герке, директор по науке Центра вычислительной физики.
Традиционные подходы к изучению почвы, такие как отбор образцов для измерения в лаборатории, являются разрушающими, медленными и потенциально вносят ошибки из-за проблем измерительных протоколов. Более того, экспериментальный метод ограничивает движение воды в почве, блокируя боковые потоки, и не позволяет получить полную информацию о фильтрационных характеристиках пористой среды. Ученые из ЦВФ МФТИ с коллегами предлагают принципиально другой подход к изучению свойств почвы, который позволит исследовать ее виртуально с более полной информацией о свойствах.
Очень важен параметр насыщенной гидравлической проводимости почвы — величина, показывающая, как быстро вода может просачиваться и распределяться по почве. Этот параметр позволят определять продуктивность почвы для сельского хозяйства, риски эрозии и наводнения и способность почвы справляться с экологическими последствиями.
Ученые создали 3D-структуру на уровне пор для трех образцов почвы Суздальского ополья с помощью изображений рентгеновской микротомографии. Они применили три принципиально разных метода моделирования для расчета гидравлической проводимости. Несмотря на то что методы имеют различные фундаментальные подходы, результаты моделирования совпадают по порядку величины с экспериментом. Что подтвердило надежность цифрового моделирования.
Исследователи сравнивали расчетные и экспериментальные значения насыщенной гидравлической проводимости. Модельные значения оказались в 2–10 раз больше полевых. Ученые объясняют, что различия обусловлены ограничениями рентгеновской компьютерной томографии, а также сложностями в создании одинаковых граничных условий в численном и полевом экспериментах. Цифровой подход открыл новые задачи в выявлении причин расхождения, такие как необходимость учета разных масштабов в структуре почвы, выявление органики, расположенной в порах почвы. Благодаря моделированию впервые удалось подчеркнуть анизотропность почвы — ее способность проводить воду по-разному в различных направлениях. Этот эффект сложно исследовать экспериментальными методами.
«Безусловно, как у и любой модели, у нашей тоже есть ограничения. Мы используем статические данные о структуре полученные с помощью компьютерной томографии при определенном насыщении почвы водой. При изменении влажности структура, в которой происходит фильтрация, меняется. Для учета влияния этих факторов нам необходимо описать динамику структуры при изменении влажности. Совместив две модели: модель фильтрации и динамики структуры, мы сможем впервые детально описать процессы в реальных природных объектах, что будет значительным шагом вперед»,— добавил Кирилл Герке.
Исследование демонстрирует потенциал моделирования как надежного и неразрушающего инструмента для исследования почвы.
В работе участвовали ученые из Центра вычислительной физики МФТИ, Института физики Земли РАН, Университета короля Абдаллы (Саудовская Аравия), МГУ, Лейбниц-центра ZALF (Германия), Института почвоведения имени Докучаева и CSIRO (Австралия).
Telegram 
Дзен 
VK Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Проблема непереносимости глютена затрагивает до 150 миллионов человек во всем мире. Единственный выход — полностью исключить этот компонент из рациона. Однако существующий безглютеновый хлеб практически не содержит белка и клетчатки, быстро повышает уровень сахара и черствеет. При этом существующие зарубежные рецептуры разработаны под импортное сырье и технологии, что не позволяет применять их к российскому сырью. Ученые Пермского Политеха разработали новые рецептуры безглютенового хлеба и исследовали влияние многокомпонентных мучных композиций и добавок на его качество. Они впервые в России создали смеси, в которых по сравнению с существующими отечественными аналогами в два-три раза больше белка и жиров, а углеводов — на 30-50 процентов меньше.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно