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 Международная группа ученых выяснила, что постепенное потепление океана лишает морской планктон необходимых для жизни питательных веществ. Этот процесс охватывает огромные водные территории и в будущем может кардинально изменить экосистемы по всей планете.
Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН показали, как с помощью электронного пучка управлять плазмой, в которой присутствуют пылевые частицы. Такой пучок вводится прямо в плазменный объем, изменяя при этом не только траектории движения частиц, но и свойства самой плазмы. Такой подход актуален для систем газоочистки и плазмохимических реакторов.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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