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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
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