#Углерод

Ученые из Международного центра теоретической физики им. А. А. Абрикосова МФТИ с коллегами разработали трехмерную модель кристаллов карбина и предсказали переход из полупроводника в полуметалл при длине цепочек около 42 атомов. В перспективе такие расчеты могут помочь создавать углеродные материалы с управляемыми электронными и оптическими свойствами.

Способность природно-экологических систем справляться с вымиранием видов и продолжать обеспечивать человечество жизненно важными услугами оказалась существенно переоцененной. Международная группа ученых провела крупнейшее глобальное исследование, объединившее данные 423 научных работ и свыше 220 тысяч прямых измерений со всего мира. Авторы выяснили, что долгое время в экологии преобладало ошибочное представление о наличии у природы надежного «механизма безопасности».

Ученые разгадали, почему массовый сброс древнего углерода из тающей мерзлоты в океан не привел к климатической катастрофе. Все дело в неожиданном поведении донных бактерий.

Ученые разработали инструмент на основе машинного обучения, который позволяет по спутниковым снимкам определять породу деревьев, их высоту и запас углерода в лесах, а также оценивать достоверность каждого измерения. В отличие от аналогов, новый алгоритм показывает, где прогноз можно считать надежным, а где данные стоит перепроверить путем наземных наблюдений. Разработанный инструмент может использоваться для оценки влияния изменения климата на запасы углерода в конкретных лесах, а также для отслеживания состояния лесного хозяйства нашей страны.

Глобальные выбросы по-прежнему растут — но делают это крайне неравномерно.

Создание бобровых запруд заставило водоемы накопить почти в 200 раз больше углерода по сравнению с обычным ручьем. Заболачивание местности перенаправило растворенный в воде неорганический углерод глубоко в грунтовые воды и донные отложения, предотвратив их попадание в атмосферу и Мировой океан.

Авиаперелеты — один из основных источников углеродного следа среди повседневных действий. Однако исследователи выяснили, что отказ от мест премиум-класса может значительно сократить глобальные выбросы авиации.

Считается, что гигантские вулканические цепи — древние и мощные регуляторы климата Земли, выбрасывающие углекислый газ из ее недр. Авторы нового исследования поставили эту гипотезу под сомнение. Оказывается, роль вулканов как главного природного «отопителя» планеты — относительно недавнее явление. Ключ к разгадке ученые нашли не в раскаленной магме, а среди микроскопических существ.

Солнечное нейтрино превратило изотоп углерод-13 в радиоактивный азот-13. Это первое прямое наблюдение участия нейтрино в слабом взаимодействии.

В соседней галактике ученые обнаружили звезду с самым низким содержанием металлов. Эта звезда — настоящая машина времени, которая хранит в себе химический след первых светил, вспыхнувших после Большого взрыва. Открытие не только ставит под сомнение существующие теории о рождении звезд, но и заставляет ученых искать новые, неизвестные науке космические процессы, участвующие в звездообразовании.

Ученые разработали новый метод синтеза нитрида углерода в β-фазе — материала, который по твердости не уступает алмазу и разлагает органические загрязнители под действием света. Подход позволяет получать нитрид углерода при комнатной температуре и не требует сложного оборудования и дорогих реактивов. Синтезированное соединение в 1,5–2 раза быстрее аналогов разлагает органические красители, благодаря чему потенциально может использоваться для очистки воды от загрязняющих веществ.

Молодой ученый ЮФУ представил новую компьютерную методику, позволяющую с высокой точностью прогнозировать механические свойства современных покрытий. Разработанный подход основан на методах молекулярной динамики и уже успешно применен для анализа углеродных покрытий на никелевой подложке.

Исследования ученых показывают, что традиционная деятельность человека приводила к накоплению углерода в почвах на протяжении многих веков. Археологические объекты с такими почвами известны и хорошо изучены в Амазонии, Европе, Африке, но для Сибири о них почти нет данных. Биологи и археологи ТГУ изучили темные почвы на территории археологических памятников Шайтан III и Кетский острог. Концентрация углерода в почвах, которые когда-то использовали люди, оказалась в разы выше, чем в рядом расположенных природных аналогах.

Океанологи СПбГУ разработали нейросетевую модель, которая по параметрам состава воды оценивает концентрацию углекислого газа в водоеме. Алгоритм уже успешно протестирован на данных, полученных в Балтийском море.

Сажу, то есть технический углерод используют в изготовлении резины и шин, а также как цветовой пигмент в печатных красках и лакокрасочных изделиях. Ее мировое производство превышает 11 миллионов тонн в год. При этом в процессе ее получения выделяется большое количество вредных соединений окислов углерода и азота, которые образуют «парниковый эффект» и, как следствие, повышение температуры поверхности Земли. Важный вопрос производства сажи — не только ее экологичность, но и автоматизация: этому требованию в полной мере не соответствует ни одно из десяти российских химических предприятий, которые изготавливают технический углерод. Ученые Пермского Политеха разработали схему автоматизации эффективного и безопасного для природы производства сажи.

Ученые из ИОХ РАН, МФТИ и ИНЭОС РАН синтезировали новые соединения — краун-гидроксиламины и их устойчивые комплексы с переходными металлами. Они также изучили их структуру, физические и химические свойства, выяснив, что новые координационные соединения при комнатной температуре могут активировать содержащийся в воздухе кислород и ускорять реакции окисления органического сырья. Это позволит повысить уровень экологической безопасности процессов нефтепереработки.

Слушатели узнают, как в решение современных проблем могут помочь почвы.

В мире химии каждый элемент — это не просто строительный блок материи, но и обладатель уникальных свойств. Ученые Пермского Политеха рассказали, сколько «ячеек» появилось в периодической таблице после Менделеева, почему за грамм калифорния нужно отдать 27 миллионов долларов, сколько радиоактивного вещества содержит тело человека и чем это опасно, как серебро позволяет управлять погодой, что за вещество образовалось первым после Большого взрыва и есть ли форма углерода тверже алмаза.

Команда российских исследователей синтезировала новый класс комплексных соединений редкоземельных элементов. Полученные вещества хорошо растворяются в большинстве органических растворителей, в отличие от других соединений лантанидов. Их можно применять в органическом и металлоорганическом синтезе, а также при получении новых люминесцентных материалов.

Британские астробиологи обнаружили, что метеоритный органический углерод мог быть источником энергии для первых гетеротрофных микроорганизмов. Исследователи добавили анаэробные бактерии к порошку метеорита «Aguas Zarcas» и после анализов выяснили, что микроорганизмы росли, питаясь органикой этого материала.

Ученые Финансово-экономического института и Школы компьютерных наук ТюмГУ изучили влияние регулирования охраны воздуха на декарбонизацию российской экономики.

Ученые лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН исследовали способность углеродного ксерогеля адсорбировать природный газ метан при докритических температурах. Выяснилось, что пористая структура этого адсорбента иерархическая и состоит из микро, мезо- и макропор. Измерения адсорбции показали, что благодаря эффекту капиллярной конденсации в мезопорах в одном кубическом метре ксерогеля можно запасти беспрецедентное количество природного газа, около 540 кубометров. Использование дополнительных адсорбирующих модулей для сбора избыточных паров повысят безопасность, экологичность и эффективность хранения сжиженного газа.

Исследователи из США обнаружили, что если смешать нужное количество графена с медью, можно снизить потерю электрической проводимости этого материала при повышенных температурах. Американские ученые надеются, что их открытие сделает распределение электроэнергии в домах и на предприятиях более эффективным, а также повысит КПД двигателей для электромобилей и промышленного оборудования.

Глобальное потепление — это актуальная экологическая проблема, которая усугубляется постоянными выбросами парниковых газов. Снизить их объемы можно с помощью фотосинтеза, естественной способности растений поглощать углекислый газ из атмосферного воздуха. Для этого разрабатывают карбоновые фермы — земельные участки, на которых благодаря выполнению специальных мероприятий, например, посадке деревьев, увеличивается поглощение парниковых газов. Но сегодня в России такие проекты почти не реализуются. Ученые Пермского Политеха провели оценку углеродного баланса карбоновой фермы и выяснили, насколько это перспективно.

Исследователи из Высшей школы экономики и Университета Джорджа Мейсона изучили устойчивость потенциальных международных соглашений в вопросе солнечного геоинжиниринга. Авторы предложили схему, где выплаты направлены от богатых стран к бедным, что отличает их предложение от классических систем. Эта модель призвана сдерживать более уязвимые страны от излишнего использования метода, обеспечивая им компенсацию за возможные ущерб и адаптацию к изменениям климата.

Ученые ТюмГУ изучили исследования, осуществленные в период с 1939 по 2023 годы, и систематизировали данные об историческом аспекте формирования почв Плагген, географии их распространения на Земле, изучив роль таких почв в удержание углерода и то, какие эффекты этот процесс оказывает на климат.

Ученые обнаружили, что слой полимера, нанесенный между слоями фольги и катодного вещества в литий-ионном аккумуляторе, позволяет предотвратить его возгорание или взрыв. Предложенный авторами полимер проводит электричество, но, как только напряжение становится выше, чем то, на которое рассчитан аккумулятор, соединение окисляется и перестает проводить ток. Благодаря этому аккумулятор, использующийся в смартфонах и электромобилях, не перегревается и абсолютно не способен самовозгораться.

Ученым Сколтеха удалось улучшить самую широко используемую технологию производства одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) — перспективного материала для изготовления солнечных батарей, светодиодов, гибкой и прозрачной электроники, умного текстиля, оборудования медицинской визуализации, детекторов токсичных газов, систем фильтрации. Исследователи ввели в реактор газообразный водород и монооксид углерода, что позволило увеличить количество получаемых на выходе нанотрубок почти втрое по сравнению с другими стимуляторами роста, причем без потери качества. До недавнего времени низкая производительность процесса не позволяла в полной мере реализовать потенциал этой производственной технологии, которая притом славилась высоким качеством конечного продукта.

Американская писательница Лорен Остер в Smithsonian Magazine рассказывает, как предприниматели ищут полезные применения уловленному из атмосферы углероду, вместо того чтобы «закапывать» его в землю. Naked Science приводит перевод этой статьи.

Участники мероприятия узнают, какими могут быть углеродные частицы и какие наблюдательные проявления этих частиц ученые фиксируют в межзвездной среде.

Международная группа исследователей выявила реку с очень темными водами. Вероятно, они могут претендовать на звание самых «черных» на планете. Вода в этой реке настолько темная, что вы не увидите свою руку, если погрузите ее туда.

Физики из МФТИ и Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов с коллегами исследовали структуру ультратвердого фуллерита, по механическим свойствам превосходящего даже алмаз. Ученые показали, что материал состоит из небольших групп атомов (кластеров), которые отличаются механическими свойствами. Исследование открывает новые структурные свойства аморфных углеродных сверхтвердых материалов.

Разработка передовых газотурбинных устройств в России предполагает внедрение водородных технологий и использование обогащенного водородом газотурбинного топлива. Этот газ содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Однако при взаимодействии многих материалов с водородом происходит процесс разрушения — водородная коррозия, которая приводит к снижению механических свойств металла — прочности и пластичности. Ученые Пермского Политеха сообщают, что материалы на основе никеля имеют достаточно высокую стойкость к водороду, как при обычных, так и при повышенных температурах. Политехники изучили, как ведет себя монокристаллические никелевые сплавы под воздействием водородсодержащей атмосферы и высокой температуры. Исследование будет полезно при разработке газотурбинных установок, которые используют в качестве источника энергии во многих областях промышленности, например, в нефтегазовой, автомобильной, авиационной и энергетической.

Российские исследователи объяснили, почему анализ нефти, межзвездной среды и некоторых более приземленных материй обнаруживает ряд типичных соединений углерода, азота и водорода, в то время как молекулы с другими сочетаниями тех же трех атомов не встречаются. Эта работа превращает набор стихийно скопившихся в органической химии наблюдений и обобщений касательно поведения веществ в стройную систему, в основе которой — принципы квантовой физики.

Согласно исследованию, проведенному экономистами НИУ ВШЭ и МГИМО, повышение рисков в финансовом секторе развитых стран может быть связано с увеличением углеродного следа в портфеле банковских кредитов. Вероятно, это происходит из-за того, что в нестабильной экономической ситуации банки начинают активнее финансировать компании, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Это выгодно в краткосрочной перспективе, но отодвигает человечество от зеленой экономики.

При изучении кристаллов алмаза, в которых наблюдаются спектральные линии поглощения твердого углекислого газа, методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) было обнаружено большое количество наноразмерных кислородсодержащих выделений октаэдрической формы. В большинстве случаев эти объекты тесно связаны с дислокационными петлями. Это позволяет сделать вывод о том, что СО2-содержащие нанопреципитаты возникли не путем захвата углекислого газа во время роста кристалла, а путем выделения кислорода из алмазной решетки из-за уменьшения его растворимости при понижении давления и температуры.

Группа сотрудников лаборатории «БиоГеоКлим» Томского государственного университета изучает термокарстовые озера Западной Сибири, образовавшиеся в результате таяния вечной мерзлоты. Эти природные объекты очень чувствительны к трансформации климата и могут служить индикаторами его изменения. По результатам анализа проб ученые установили, что от немерзлотной зоны и далее к северу в термокарстовых озерах увеличивается коллоидная фракция органического углерода, железа, алюминия и большинства тяжелых металлов. Также анализ выявил закономерность: чем больше площадь озера, тем больше в нем коллоидных фракций органического углерода, никеля и редкоземельных элементов, что может быть связано с усиленной аккумуляцией этих элементов с площади водосбора и с разрушением торфа на границе озера.

Исследователи Кольского научного центра предложили новый оригинальный метод количественной оценки прогресса нефтегазовых компаний по сокращению уровня эмиссии парниковых газов. Результаты показали, что далеко не все глобальные игроки нефтегазового рынка приближаются к заявленным целям в области углеродной нейтральности, а некоторые даже демонстрируют отрицательную динамику.

Ученые Центра радиофотоники и СВЧ технологий НИЯУ МИФИ получили и исследовали кристаллы сверхчистого синтетического алмаза, искусственно обогащенные углеродом-13. Это один из изотопов углерода, ядро атома которого содержит шесть протонов и семь нейтронов. Изотоп сравнительно редкий — на него приходится примерно 1,1 процент всего природного углерода на Земле. В ходе проведенного исследования были получены кристаллы алмазов, покрытые эпитаксиальными (наращенными) слоями, полностью состоящими из углерода-13.

Ученые из Сколтеха, МПГУ и других научных организаций обнаружили новый класс дефектов в алмазе, которые могут быть полезны для технологий квантовой обработки информации и измерения температуры на расстоянии со сверхвысоким пространственным разрешением, в том числе внутри живых клеток.

Водоемы содержат значительную часть углерода — главной составляющей парниковых газов. Ученые Томского государственного университета исследовали малые реки Томской области и выяснили, что концентрация растворенного и взвешенного углерода в них больше, чем в таких крупных водных артериях России, как Обь и Лена. Поэтому вклад малых рек в глобальную трансформацию климата может быть гораздо существеннее, чем считалось ранее.

2 февраля отмечается Всемирный день водно-болотных угодий. Болота есть на всех континентах, кроме Антарктиды, и именно они считаются главными «кладовыми» углерода. Ученая Биологического института Томского государственного университета, болотовед Ирина Волкова рассказала, почему сибирские торфяники обладают самым высоким КПД, какую роль в захоранивании углерода играют бактерии, живущие без кислорода, и как болота помогают людям, смягчая засуху и половодье.

Проникшая в клетку вирусная частица нередко означает неприятности для хозяина, однако крошечная инфузория вывернула это правило наизнанку. Для нее вирусы — не опасность, а еда.

Растения играют значительную роль в углеродном цикле планеты благодаря способности улавливать углекислый газ из атмосферы и запасать его в своих телах. А бурые водоросли пошли дальше: они запасают углерод… в слизи.

Существует множество способов борьбы с глобальным потеплением, от посадки лесов до восстановления водно-болотных угодий. Однако теперь ученые предлагают «призвать на помощь» самых крупных потребителей углерода на нашей планете — китов.

Исследователи из НИУ ВШЭ и Сколтеха проанализировали удельные трудозатраты на производство одного карата алмаза на месторождениях и при синтезе. Оказалось, что традиционный метод добычи алмазов пока требует меньше времени.

Ученые ТПУ совместно с коллегами из Чжэцзянского университета (Китай) синтезировали эффективный катализатор на основе углеродного аэрогеля для промышленности. Он позволит сократить выбросы оксида углерода, который образуется при многих индустриальных процессах, и перерабатывать его в полезный продукт. Катализатор будет эффективнее и дешевле в производстве по сравнению с существующими аналогами.

Новый программный модуль сделает самолеты более энергоэффективными, надежными и безопасными за счет инновационного подхода к построению следящих электромеханических рулевых приводов самолета.

Биологи впервые оценили интенсивность утилизации мертвой древесины термитами при разных температуре и влажности. Оказалось, в тропическом климате она происходит в разы быстрее, ускоряя высвобождение углерода и внося дополнительный вклад в глобальное потепление.

Международный коллектив ученых провел всестороннее исследование современного состояния экономии ресурсов за счет оптимизации и обработки сред для устойчивого производства. Исследователи доказали, что экологичность производства, энергоэффективность и оптимизация использования ресурсов имеют долгосрочный положительный эффект в долгосрочной временной перспективе.