В Перми разработали метод, с помощью которого можно с высокой точностью оценить особенности любого грунта
Почвы и грунты имеют сложное строение из-за изменчивости их морфологии и химического состава. Изучение характеристик почвогрунтов важно для выяснения происхождения, свойств и уровня плодородия почв. Такие исследования полезны при составлении карт почвенного покрова, которые необходимы в строительстве, агропроизводстве и нефтяной промышленности. Классические методы не позволяют проводить точный анализ неоднородных грунтов, состоящих из различных пористых компонентов. Ученые Пермского Политеха разработали подход для качественного анализа их морфологических характеристик. Способ дает возможность достоверно и эффективно оценить особенности структуры грунтов.
Статья с результатами работы опубликована в журнале «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Детальное изучение почвогрунтов необходимо для понимания их свойств и возможностей. Например, в строительстве важно знать особенности грунта, на котором будет построено здание. В сельском хозяйстве это поможет повысить урожайность и подобрать технологии для улучшения качества посевов. А в нефтегазовой отрасли информация о структуре почв поможет предсказать распространение нефтепродуктов в случае их возможной утечки.
Для этого ученые изучают морфологические признаки — это информация о влажности, составе, структуре, пористости, включениях, глубине и общей мощности почвенного профиля. Пористость и удельная площадь поверхности являются важнейшими характеристиками почвы. Они влияют на ее адсорбционную способность и реактивность в отношении загрязняющих веществ, фильтрационные свойства и удержание влаги.
Для измерения этих параметров применяют метод низкотемпературной адсорбции азота: газ заполняет собой поры образца (адсорбция) при увеличении относительного давления, а при его постепенном снижении происходит десорбция газа из пор. После обработки полученной информации можно количественно оценить пористость образца – вид пор, их объем и прочие свойства. Но интерпретировать эти данные для дальнейшего использования очень сложно. Однозначно охарактеризовать таким образом можно только непористый и макропористый материал. Но в большинстве случаев он имеет и микро-, и мезо- и макропоры.
«Типичным примером являются грунты. Они содержат непористую песчаную фракцию, состоящую из микрочастиц кварца, полевого шпата, кальцита и так далее и микропористую глинистую фракцию. В щелях между соприкасающимися микрочастицами образуются мезопоры (размером от 2 до 50 нм), а в полостях – макропоры (более 50 нм). Такой материал с трудом вписывается в идеализированные модели, которые используются для расчета и распределения пор по размерам. И даже более сложные гибридные модели не описывают его адекватно, поскольку предполагают, что твердое вещество химически однородно, что не так в случае с грунтами», – рассказывает доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат химических наук Леонид Аснин.
Ученые Пермского Политеха разработали подход, который основан на существующих моделях для анализа пористых материалов, но при этом достоверно учитывает все особенности неоднородного грунта. Политехники ввели новое уравнение, рассчитывающее основные параметры процесса адсорбции – объем микропор, энергию и связь объема газа в порах с давлением.
Для эксперимента брали образцы из двух пробуренных скважин. Их просушивали и просеивали через сита с разными размерами ячеек. Измерение изотерм адсорбции ученые проводили при очень низких значениях давления – от 0 до 0,005, так как это облегчает расчет параметров. В качестве контрольного образца использовали непористый кремнезем, и с ним сравнивали все полученные данные. В результате получили зависимость, которая позволяет с высокой точностью определить набор морфологических характеристик, относящихся к удельной площади поверхности и структуре пор разных размеров.
«Мы установили, что морфологические характеристики грунта в значительной степени зависят от общего содержания глины. Исследованные образцы, содержащие от 25 до 45 процентов глины, имеют относительно низкий общий объем пор (0,03-0,05 см3/г). Примерно на 70 процентов он состоит из мезо- и макропор, на 22-29 процентов – из супермикропор, при этом оставшаяся незначительная доля пор состоит из ультрамикропоры (2-7 процентов). Удельная поверхность образцов колеблется от 20 до 40 м2/г. Полученные данные доказывают, что с помощью нашего подхода можно проводить полноценный анализ свойств и особенностей структуры грунтов», – поделилась аспирант кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Маргарита Першина.
Подобные исследования являются частью работ, направленных на создание физико-химических основ расчета миграции загрязняющих веществ в почвах и грунтах. Для этого необходимо понимать как структуру проницаемой среды, так и ее адсорбционные свойства. Это знание позволит построить математические модели для предсказания распространения органических загрязнителей в грунте. Разработанный подход ученых Пермского Политеха как раз дает такую возможность получить более полное представление о его неоднородных структурах и морфологических характеристиках.
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Российского квантового центра и МГУ впервые применили оптический подход для работы с прямыми объемными магнитостатическими спиновыми волнами. Им удалось не только возбудить, но и зарегистрировать их с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Новый метод открывает путь к созданию быстрых, энергоэффективных оптомагнонных логических устройств и нанофотонных структур.
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
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