![]() |
В течение 200 лет ученым не удавалось вырастить в лаборатории обычный минерал в тех условиях, в которых, как считается, он образовался естественным путем. Теперь группе исследователей из Мичиганского университета и Университета Хоккайдо в Саппоро, Япония, удалось это сделать благодаря новой теории, разработанной на основе атомного моделирования. Их успех позволил разрешить давнюю геологическую загадку, получившую название «доломитовой проблемы». Доломит — ключевой минерал Доломитовых гор в Италии, Ниагарского водопада, Белых скал Дувра и Худу в штате Юта — очень распространен в породах старше 100 млн лет, но практически отсутствует в более молодых образованиях.
Секрет окончательного выращивания доломита в лаборатории заключался в устранении дефектов в структуре минерала в процессе его роста. Когда минералы формируются в воде, атомы обычно оседают аккуратно на краю поверхности растущего кристалла. Однако край роста доломита состоит из чередующихся рядов кальция и магния. В воде кальций и магний беспорядочно прикрепляются к растущему кристаллу доломита, часто попадая не туда, куда нужно, и образуя дефекты, препятствующие формированию дополнительных слоев доломита. Такое нарушение замедляет рост доломита, то есть для создания одного слоя упорядоченного доломита потребуется 10 млн лет. К счастью, эти дефекты не фиксируются на месте. Поскольку неупорядоченные атомы менее стабильны, чем атомы в правильном положении, они первыми растворяются при промывке минерала водой. Многократное вымывание этих дефектов — например, дождями или приливами — позволяет сформировать слой доломита всего за несколько лет. Со временем могут накопиться горы доломита. Для точного моделирования роста доломита исследователям необходимо рассчитать, насколько прочно или слабо атомы будут прикрепляться к существующей доломитовой поверхности. Наиболее точное моделирование требует учета энергии каждого взаимодействия между электронами и атомами в растущем кристалле. Такие исчерпывающие расчеты обычно требуют огромных вычислительных мощностей, но программное обеспечение, разработанное в Центре предсказательного структуроведения материалов (PRISMS) университета U-M, позволяет сократить время.
Это позволило смоделировать рост доломита в геологическом масштабе времени.
Те немногие районы, где сегодня образуется доломит, периодически затапливаются, а затем высыхают, что хорошо согласуется с теорией Суна и Кима. Однако одного такого доказательства было недостаточно для полной убедительности. На помощь пришли Юки Кимура, профессор материаловедения из Университета Хоккайдо, и Томоя Ямадзаки, постдокторант из лаборатории Кимуры. Они проверили новую теорию с помощью причуды просвечивающих электронных микроскопов.
Поместив крошечный кристалл доломита в раствор кальция и магния, Кимура и Ямадзаки в течение двух часов осторожно подавали импульсы электронного пучка 4 000 раз, растворяя дефекты. После импульсов было видно, что доломит вырос примерно на 100 нанометров — примерно в 250 000 раз меньше дюйма. Хотя в результате было получено всего 300 слоев доломита, никогда ранее в лаборатории не выращивали более пяти слоев доломита. Уроки, извлеченные из «доломитовой проблемы», могут помочь инженерам в производстве более качественных материалов для полупроводников, солнечных батарей, аккумуляторов и других технологий.
24.11.2023 |
Экология
![]() | |
В экоиндексе городов Казани не нашлось места в первой тройке | |
Казань оказалась в рейтинге на четве... |
![]() | |
Natgeo: Источники кислорода на дне океана помогут искать жизнь во Вселенной | |
На дне Тихого океана, где нет с... |
![]() | |
JACS Au: Открыт метод переработки пластиковых отходов в электронные устройства | |
Университет штата Делавэр и Аргоннская на... |
![]() | |
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности | |
Прямое улавливание воздуха — один и... |
![]() | |
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад | |
Учёные из международной группы, которую в... |
![]() | |
Applied Catalysis: MXene поможет получать экономически выгодный зеленый водород | |
137 стран мира подписали соглашение об из... |
![]() | |
На Дне аграрной науки в Казанском ГАУ представили около 30 новых проектов | |
10 июля в Агробиотехнопарке Казанского го... |
![]() | |
Сокращение выбросов оксида азота на фермах помогает климату и озоновому слою | |
Новое исследование, проведённое Университетом ... |
![]() | |
ME&E: Приложение для растений помогает определить последствия изменения климата | |
Известно, что растения реагируют на ... |
![]() | |
Геофизики СПбГУ займутся мобильными зондированиями мерзлоты на Ямале | |
Учёные Санкт-Петербургского госуда... |
![]() | |
Российские ученые нашли на Эльбрусе цинк и медь | |
Биологи изучили ледники Эльбруса, и ... |
![]() | |
Ноша последствий изменения климата ляжет на хрупкие женские плечи | |
Согласно новому исследованию, опубликованному ... |
![]() | |
Nature Geoscience: Тысячелетия тому назад Нил был совсем другим | |
Исследователи изучили, как развивалась ре... |
![]() | |
Ученые впервые количественно оценили пробелы в удалении углерода | |
Новое исследование, проведенное Университетом ... |
![]() | |
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры | |
В новой работе, опубликованной в журнале ... |
![]() | |
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата | |
Виноград, выращиваемый для производства в... |
![]() | |
FB&B: Побочный продукт пива поможет перерабатывать металлические отходы | |
Когда мы перерабатываем электронные устро... |
![]() | |
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
![]() | |
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники | |
Команда из Европы работает с деревом... |
![]() | |
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины | |
Леса играют важнейшую роль в улавливании ... |
![]() | |
CRC: Сырой глицерин в качестве субстрата для дрожжей дает двойную выгоду | |
Использование сырого глицерина для синтез... |
![]() | |
Nature Comm: Солончаки и болота в 2 раза эффективнее смягчают парниковый эффект | |
Мангровые леса и солончаки поглощают боль... |
![]() | |
Functional Ecology: Чем разнообразнее лес, тем он лучше противостоит ураганам | |
Европейские леса с большим разнообразием ... |
![]() | |
Открытие позволит получать экологически чистый и экономически выгодный водород | |
Разработана прорывная технология, позволяющая ... |
![]() | |
Инновационный компонент очистителей воздуха обещает воздух без вредных примесей | |
Исследователи из Университета Бата изобре... |
![]() | |
Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике | |
Арктика, ледяная корона Земли, переживает клим... |
![]() | |
EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении | |
Изменение климата может представлять большую о... |
![]() | |
Newswise: Потребители голосуют за консервативную, но не самую экологичную тару | |
Что бы вы предпочли скорее &mda... |
![]() | |
Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных | |
Прибрежные леса в Японии преимущественно ... |
![]() | |
PRL: Новая концепция откроет тайны синхронизации в турбулентной динамике | |
Прогнозирование погоды важно для различны... |