Глинистые минералы являются основным компонентом земной поверхности и в основном встречаются в отложениях озер, рек и океанов. Свойства глины и керамзита в решающей степени зависят от того, как ориентированы мельчайшие частицы осадка. Используя европейский синхротронный ускоритель частиц в Гренобле (Франция), исследовательской группе из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) впервые удалось детально пронаблюдать за тем, как работают некоторые процессы. Исследование было опубликовано в журнале Коммуникации на Земле и в окружающей среде и дает исследователям представление о структуре и свойствах донных отложений.
Образование богатых глиной отложений трудно поддается изучению. "Осаждение происходит, например, на труднодоступном морском дне в течение очень длительного периода времени. Кроме того, размер частиц глины составляет всего несколько микрометров или меньше. В результате обычные методы микроскопии не подходят для наблюдения глинистых частиц во время осаждения", - объясняет доктор Ребекка Кюн, геолог из MLU, ведущий исследователь исследования. Чтобы преодолеть эти трудности, исследовательская группа использовала самую современную технологию: синхротронный ускоритель частиц в Гренобле. "Этот прибор позволил нам наблюдать за осадконакоплением в режиме реального времени", - говорит профессор-геолог Майкл Стипп из MLU. Исследователи поместили наполненные водой цилиндры с погружающимися глинистыми частицами в высокоэнергетический рентгеновский пучок ускорителя частиц. Эксперименты проводились в различных условиях, например, в пресной и соленой воде. В каждом случае они измеряли распределение частиц с временным разрешением. На основе таких измерений можно получить чрезвычайно большие объемы данных; однако, поскольку для этого не существовало метода быстрой оценки, соавтор доктор Рюдигер Килиан из MLU разработал его для нового исследования.
Эксперименты показали, что уже в первых нескольких миллиметрах осадка происходит выравнивание глинистых частиц. "Частицы принимают определенную ориентацию очень рано, то есть в пограничном слое между водой и осадком. Это выравнивание еще более усиливается в течение первых нескольких миллиметров осадка", - объясняет Кюн. "Это было удивительно, потому что распространенная гипотеза о выравнивании глинистых частиц в основном определяется слоем осадка, который лежит на поверхности и имеет толщину во много метров", - говорит Стипп. Данные, полученные группой из Галле, противоречат или, по крайней мере, расширяют эту гипотезу.
Понимание структуры глинистых частиц важно для многих применений. "Например, это влияет на диффузионные и термические свойства глин и керамзитоблоков. Такие свойства важны для геотермальной энергетики, а также для вмещающих пород в хранилищах ядерных отходов", - говорит Кюн.
Комментарии