Preskočiť na obsah
  • O nás
    • Kto sme a ako sa stať naším členom?
    • Stanovy spoločnosti
    • Predseda a správna rada
    • Kontakt
  • Oznamy
  • Politika
  • Kultúra a veda
    • Kultúrne novinky v slovenskom jazyku
    • Vedecké novinky v ruskom jazyku
  • Pel-mel
  • Kluby Arbat
  • Komentáre
  • O nás
    • Kto sme a ako sa stať naším členom?
    • Stanovy spoločnosti
    • Predseda a správna rada
    • Kontakt
  • Oznamy
  • Politika
  • Kultúra a veda
    • Kultúrne novinky v slovenskom jazyku
    • Vedecké novinky v ruskom jazyku
  • Pel-mel
  • Kluby Arbat
  • Komentáre
Песчаный карьер с многочисленными образцами обугленной древесины. Фото: © Алексей Пахневич

Správa z oblasti ruskej vedy v pôvodnom znení (scientificrussia.ru)

  • srspol
  • 11. júla, 2024
  • 4:17 pm

Как древние деревья могут быть полезны при создании новых материалов


Ученые Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ и Палеонтологического института РАН имени А.А. Борисяка (ПИН РАН) впервые в мире выяснили, что в ископаемой древесине при замещении органики пиритом (FeS2) кристаллографическая текстура этого минерала становится более острой – то есть кристаллы пирита во всем объеме приобретают преимущественные ориентации. Одной из целей исследования было осмысление механизмов биоминерализации – образование минеральных скелетов живыми организмами. Кроме того, в дальней перспективе развитие этого направления исследований может привести к разработке природоподобных материалов. Ученые выдвинули предположение, что в будущем с использованием органической основы можно будет выращивать кристаллы в заданных направлениях, что позволит заранее планировать свойства материала.

«Эти деревья „видели“ динозавров»

Образцы для исследований – фрагменты ископаемых деревьев – были найдены в песчаном карьере в Орловской области РФ. По словам соавтора исследования, старшего научного сотрудника ПИН РАН и ЛНФ ОИЯИ Алексея Пахневича, деревья прошлых геологических эр российские палеонтологи находят в карьерах Московской, Калужской и Тульской областей, а также на Кавказе. Во времена мезозоя на месте близких к Москве регионов простирался древний океан, который полностью отступил к середине мелового периода. Морские донные осадки законсервировали древесину, которая на воздухе быстро разрушилась бы. «Фрагменты деревьев попадали с берега в море, и, поскольку древесина не тонет, ее могло уносить течением на многие километры», – пояснил механизм возникновения каменных остатков ученый.

Образцам для этого конкретного исследования около 163 млн лет – они были современниками динозавров. Обломки древних деревьев дошли до наших дней в двух разных формах: это либо твердые обугленные фрагменты, которые легко, теряя влагу, рассыпаются на открытом воздухе, либо – окаменелые, прочные – замещенные минералами. У всех окаменелых фрагментов деревьев одно общее свойство: их химический состав становится совершенно иным, зато форма сохраняется в первозданном виде, до малейших прожилок и червоточин. «Природные полимеры, такие как целлюлоза, лигнин и спорополленин, часто сохраняются в ископаемом состоянии. Поэтому некоторые растительные остатки хорошо сохранились, почти не изменившись за миллионы лет; например, древесина. В других случаях она может обуглиться, то есть значительная часть органического вещества превращается в углерод или древесина замещается минералами», – комментирует коллектив ученых.

Есть множество минералов, которыми замещается древняя органика, например, существуют окаменелости, замещенные кварцем, оксидом кремния. В мире создаются украшения из малахитовых и опаловых спилов окаменелых деревьев. Часто палеонтологам встречаются и образцы ископаемых деревьев, замещенные пиритом (серным, или железным, колчеданом FeS2). Благодаря желтому цвету и блеску старатели во времена золотых лихорадок путали этот минерал с золотом, после чего он приобрел неофициальное название «золото дураков». Однако пирит мало пригоден для ювелирного дела – пахнет серой, окисляется на воздухе. В промышленности пирит является основой для производства серной кислоты.

От некристаллического материала – в поликристалл

В карьере в Орловской области ученые собрали не только пиритизированную древесину, но и того же геологического возраста конкреции пирита – шаровидные образования, состоящие почти целиком из одного минерала. Исследователи сравнили ориентации зерен пирита в окаменелостях и в конкрециях методом времяпролетной нейтронной дифракции на установке СКАТ реактора ИБР-2. В исследовании использовались вспомогательные методы: электронная микроскопия, рентгеновская томография и микроанализ элементного состава образцов.

«У нас было два варианта роста кристаллов пирита: мы сравнивали, как росли кристаллы в конкреции и в древесине. По результатам измерений, отличия есть. Мы видим, что кристаллы более строго ориентированы в древесине, чем в конкреции», – рассказал Алексей Пахневич. Он пояснил, что конкреции из пирита были предварительно проверены на томографе, который показал, что там нет крупных включений из дерева – конкреция росла без привязки к биологическому объекту. В древесине, напротив, минерал начинал расти не просто так, а по заданной структуре – матрице. Древесина полностью состоит из органических веществ, по большей части – целлюлозы, которые пирит постепенно замещает. «В теории, минерал может расти как угодно: кристаллы могут ориентироваться во все стороны. Но по факту оказалось, что органическая матрица имеет некоторое опосредованное значение для роста кристаллов», – добавил ученый.

«Когда один кристалл замещается другим, то у исходного кристалла есть выделенные направления, и поэтому, когда замещающий кристалл ориентирован так же, это ожидаемо. А когда древесина – исходный некристаллический материал – все равно порождает у кристаллов выделенные направления – это очень необычно», – отметил соавтор исследования, старший научный сотрудник ЛНФ ОИЯИ Дмитрий Николаев.

Новые материалы

По мнению ученых, тот факт, что минеральные кристаллы, замещающие ископаемую древесину, более упорядочены, чем эти же кристаллы в конкрециях, подтверждает идею о том, что в отдаленном будущем, используя органическую матрицу, можно будет выращивать кристаллы в заданных направлениях, заранее планируя свойства инновационных материалов. «Мы показываем, что можно двигаться в направлении создания новых материалов на органической матрице. До этого еще, может быть, десятки лет – но этот путь не закрыт, он, скорее, перспективен», – говорит Дмитрий Николаев.

Биоминерализация

Ученые ЛНФ и ПИН РАН им. А.А. Борисяка намерены продолжать исследования кристаллографической текстуры и других минералов разного геологического возраста, замещающих древесину. Все они образуются в разных условиях, имеют различную форму кристаллической решетки, и результат может не совпасть с полученным для пирита. Группа ученых проводит также изыскания и других палеонтологических и биологических объектов, в частности, раковин современных и ископаемых моллюсков. «Объект, который мы изучаем, един – это кристаллографическая текстура на примере биологических объектов: для каких она стабильна, для каких – изменчива, где находятся границы этой изменчивости», – пояснил Дмитрий Николаев. Такие исследования помогают понять, как происходит биоминерализация – процесс формирования скелетов или раковин в живых организмах. «В биологических объектах ориентации кристаллов иногда упорядочены даже больше, чем в некоторых металлах. Люди используют определенную температуру, давление, чтобы получить материал с заданными свойствами, заданной ориентацией кристаллов, а моллюск, например, мидия, просто выращивает свою раковину, и у него упорядоченность ориентации кристаллов оказывается такой же или даже выше, чем в этом материале. Мы видим, что животные могут делать такие чудеса», – рассказал Алексей Пахневич.

Научная работа, посвященная исследованию кристаллографической текстуры в пиритизированной древесине, была опубликована в журнале Minerals. За цикл работ, посвященный изучению кристаллографической текстуры биологических объектов, коллектив ученых: Мария Балашою, Татьяна Лычагина, Дмитрий Николаев, Алексей Пахневич, Орхан Ибрам – получил третье место в конкурсе научных работ Лаборатории нейтронной физики 2023 года по разделу физики конденсированных сред.

Информация и фото предоставлены пресс-службой Объединенного института ядерных исследований

Разместила Наталья Сафронова

Информация взята с портала «Научная Россия» (scientificrussia.ru)
PrevPredchádzajúca správaBranislav Fábry: Ako ďalej s WHO a jej pravidlami?
Ďalšia správaJuraj Draxler: NATO vo Washingtone „oslavuje“ 75. výročie založeniaĎalšie
  • Kto sme a ako sa stať naším členom?
  • Stanovy občianskeho združenia
  • Predseda a správna rada
  • Kontakt
  • Oznamy
  • Politika
  • Kultúra a veda
  • Kultúrne novinky v slovenskom jazyku
  • Vedecké novinky v ruskom jazyku
  • Pel-mel
  • Kluby Arbat
  • Komentáre

© Slovensko-ruská spoločnosť. Všetky práva vyhradené.

Spravujte súhlas so súbormi cookie
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely. Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
Spravovať možnosti Správa služieb Spravovať predajcov Prečítajte si viac o týchto účeloch
Zobraziť predvoľby
{title} {title} {title}