Protext ČTKElektronové mikroskopy se uplatňují při studiu půdního znečištění

Elektronové mikroskopy se uplatňují při studiu půdního znečištění

Brno 31. května 2022 (PROTEXT) – Kontaminace půdy tzv. těžkými kovy způsobená lidskou činností je dlouhodobý problém, který se jen obtížně řeší. Kovy a další potenciálně rizikové prvky v půdě zůstávají mnoho let a jejich nadlimitní množství je hrozbou pro všechny živé organismy včetně člověka. Vědci proto studují způsoby, jak nežádoucí rizikové prvky v půdě nejen přesně identifikovat, ale zároveň minimalizovat jejich nebezpečí. A elektronové mikroskopy jsou u toho.

Prvním krokem je určit zdroj nebezpečných prvků v půdě

Olovo, arzen, kadmium nebo chrom. To jsou jen příklady nejčastěji sledovaných rizikových prvků v pedosféře. Některé z nich jsou toxické již v malém množství, a proto hovoříme o kontaminaci již při překročení limitu v řádech jednotek až desítek miligramů na 1 kg půdní hmoty. Na druhou stranu část kovů a dalších rizikových prvků se v přírodě vyskytuje i přirozeně a například měď nebo zinek jsou dokonce v malém množství žádoucí a nezbytné pro život půdních mikroorganismů. Vědci musí proto nejen množství rizikových prvků v půdě přesně změřit, ale také určit, zda je jejich původcem antropogenní činnost.

Limity jsou překračovány mnohonásobně

Problém nastává, když obsah rizikových prvků překročí bezpečné limity. Jedním z největších znečišťovatelů je těžba a zpracování nerostných surovin. Zdrojem znečištění jsou odpady z těžby, stará odkaliště, důlní vody, dále haldy odpadní strusky nebo metalurgický popílek z hutí. Velmi silně znečištěnou půdu najdeme ve všech vyspělých průmyslových státech včetně České republiky, Německa, Francie, Španělska nebo Norska. Ať už spadem spalin z komínů, nebo únikem důlních vod či důlních a metalurgických odpadů do povrchové vody, rizikové prvky se do půdy dostávají v perimetru mnoha kilometrů od původního zdroje.

Míru nebezpečí rizikových prvků ovlivňují i jejich sloučeniny

Prvním krokem při výzkumu je určení původce znečištění a zmapování způsobů, jakými ke kontaminaci dochází. Protože se jedná o komplexní proces, využívají výzkumníci celou řadu vzájemně se doplňujících nástrojů a technik. Chemická analýza půdy poskytuje informace o prvkovém složení, ale neodráží potenciální mobilitu částic v prostředí. Díky elektronové mikroskopii jsou potom výzkumníci schopni určit, zda se kontaminující prvek vyskytuje ve snadno rozpustných, nebo naopak nerozpustných formách, což má vliv na riziko dalšího šíření kontaminace, ať už do okolní půdy, rostlin, nebo například podzemních vod.

Při studiu půdního znečištění pomáhají českým vědcům i elektronové mikroskopy

Martina Vítková z Katedry geoenvironmentálních věd České zemědělské univerzity v Praze vysvětluje, jak se dají najít mikrometrové částice v půdních vzorcích: „Nejdříve odebereme vzorek půdy přímo v terénu. Ten vysušíme a pomocí prosívání přes síta získáme částice přesně definovaných frakcí. Rizikové kovy se obvykle koncentrují v nejjemnější frakci. Často je však nutné použít další separační metody. Jednou z nich je separace v tzv. těžké kapalině (kapalina s velmi vysokou hustotou), díky které dokážeme oddělit relativně těžší kovové částice od relativně lehčích půdních částic pomocí centrifugace. Tím získáme tzv. těžkou minerální frakci, kterou dále analyzujeme. Právě zde přichází na řadu elektronová mikroskopie. Umístíme vzorek do mikroskopu, kde během snímání v režimu chemického kontrastu dojde ke zvýraznění těžkých prvků – tedy nejčastěji právě hledaných rizikových kovů.“ Na snímcích z elektronového mikroskopu se těžší částice jeví jako světlejší oproti podkladu, který je tmavý. Vědci proto pracují nejčastěji v režimu zpětně odražených elektronů (s využitím BSE detektoru), který je pro zobrazení chemického kontrastu nejvhodnější. Jejich elektronové mikroskopy jsou vybaveny také EDS detektory, které poskytují přesné informace o prvkovém složení zobrazené částice.

Vědci hledají řešení, jak rizikové prvky z půdy extrahovat, nebo alespoň znemožnit jejich šíření

Identifikací rizikových prvků ale výzkum nekončí. Elektronová mikroskopie se uplatňuje nejenom při detekci těžkých kovů v půdě, ale také při aplikaci řešení její dekontaminace. Protože kovy se v půdě nerozkládají, spočívalo tradiční řešení ve vytěžení a odvozu kontaminované zeminy, což je ale velmi nákladné a v případě rozsáhlejších oblastí znečištění dokonce nemožné. Současné řešení spočívá v použití aktivních sorbentů, které se zapravují do půdy přímo v místě kontaminace a které dokáží kovy v půdě zachytit a znemožnit tak jejich migraci podložím. Často totiž samotná přítomnost prvků v půdě nevadí, ale problém nastává, pokud by se dostaly do podzemních vod, rostlin nebo vodních toků.

Pomoci mohou speciální sorbenty

Hlavní princip použití sorbentů vychází z předpokladu, že reaktivita antropogenních částic závisí na charakteristikách pevné fáze. Je třeba pochopit, v jakých sloučeninách se rizikové prvky v půdě vyskytují a jak tyto sloučeniny reagují se svým okolím i sorbentem. Kombinací různých výzkumných technik v čele s elektronovou mikroskopií je možné podrobně pochopit tyto procesy a provést velmi přesnou analýzu půdních chemických reakcí. Jednou z hlavních předností elektronové mikroskopie je možnost detailně vizualizovat použitý sorbent a tím ověřit jeho funkčnost a účinnost záchytu znečišťujících kovů. Díky zkoumání kontaminovaných sorbentů dokáží vědci přesně interpretovat mechanismy, pomocí kterých lze rizikové prvky v půdě zachytávat. Jako sorpční materiály se uplatňují oxidy železa, oxidy manganu, zeolity nebo zuhelnatělá organická hmota. Aby sorbent efektivně fungoval, je ho do půdy potřeba dodat poměrně velké množství. Proto se obecně hledají přírodní materiály nebo nevyužité odpadní produkty, které by se daly přepracovat na funkční sorbent a zároveň byly cenově dostupné.

Znečištění půdy je kumulativní problém, se kterým si příroda sama neporadí

Sanace půdního znečištění je pro lidstvo stále větší výzvou, protože množství těžkých kovů, polokovů a dalších rizikových prvků v půdě vlivem člověka stále stoupá. Odhaduje se například, že obsah kadmia v půdách v České republice stoupl za posledních 150 let o 30–55 %. Kontaminace s sebou přináší důsledky, jejichž plný rozsah si často ještě nedokážeme uvědomit. Jisté však je, že těžké kovy v půdě představují dlouhodobý problém z hlediska své neustálé kumulace. Výzkum, jehož jsou elektronové mikroskopy součástí, by mohl pomoci nejen přesněji zmapovat jejich přítomnost, ale také přispět k jejich efektivnímu záchytu. I když se nám nepodaří těžké kovy z půdy extrahovat, dokážeme alespoň zabránit jejich dalšímu šíření životním prostředím.

Tento text vyšel ve spolupráci s doc. Mgr. Martinou Vítkovou, PhD, z České zemědělské univerzity v Praze, která se výzkumem půdního znečištění dlouhodobě zabývá.

O TESCANu

TESCAN svým zákazníkům umožňuje výzkum a analýzu v nanorozlišení. Jeho řešení se uplatňují v geovědách, materiálových vědách, polovodičovém průmyslu a ve vědách o živé přírodě. Společnost má třicetiletou historii vývoje inovativních elektronových mikroskopů, mikrotomografů a souvisejících softwarových řešení pro uživatele z oblastí výzkumu a průmyslu. Svým úsilím si TESCAN získal vedoucí postavení v mikro- a nanotechnologiích.

Společnost TESCAN ORSAY HOLDING byla založena v roce 2013 jako výsledek dlouhodobé expanze a zakládání dceřiných společností po celém světě, včetně francouzské společnosti ORSAY PHYSICS, světového lídra v oblasti technologie iontových a elektronových paprsků. TESCAN ORSAY HOLDING udržuje své sídlo, výrobu, výzkum a vývoj v Brně. Každý mikroskop TESCAN je odborně vyráběn v Brně a dodáván zákazníkům po celém světě.

Další informace naleznete na adrese: www.tescan.cz

Kontakt:

www.tescan.com

Doporučujeme

Elon Musk rozšiřuje svůj vliv. Investoval miliardu dolarů do Skydance

Americký miliardář Elon Musk investoval přibližně miliardu dolarů do mediální společnosti Skydance, která nedávno dokončila rozsáhlé spojení Paramountu a Warner Bros. Discovery. Investice přichází v době, kdy se nový mediální gigant potýká s vysokým zadlužením a připravuje rozsáhlé úspory, které mohou stát tisíce lidí práci.

Salvador vyslal na Haiti vojáky. Tamním gangům poslal drsný vzkaz

Salvadorský prezident Nayib Bukele vyslal na Haiti speciální jednotky, které mají osvobodit čtyři příslušníky armády unesené místními gangy. Do karibské země dorazila stovka vojáků a očekávají se další posily. Prezident zároveň ozbrojencům pohrozil tvrdou odvetou, pokud zajatce nepropustí živé a nezraněné. V oblasti mezitím pokračují intenzivní boje, které si vyžádaly několik obětí.

Kdo bude novým Jamesem Bondem? K závěrečným zkouškám mají údajně nakročeno tři herci

Hledání nového představitele Jamese Bonda se podle zákulisních informací blíží do finále. Studio Amazon MGM Studios se chystá zahájit další kolo kamerových zkoušek, kterých by se měli zúčastnit Jack Lowden, Callum Turner a Josh O'Connor. Ve hře je údajně také čtvrtý, dosud nejmenovaný herec. Jméno nástupce Daniela Craiga by mohlo být oznámeno ještě letos.

Netanjahu nařídil uzávěru Západního břehu Jordánu po střelbě z dnešního rána

Izraelský premiér Benjamin Netanjahu ohlásil uzávěru okupovaného Západního břehu Jordánu kvůli střelbě z dnešního rána u města Hebron. Uvedla to agentura AFP. Blokáda by měla začít dnes. Netanjahu také nařídil armádě okamžitě vytvořit kolem města Hebron kordon.

Polsko zachvátily protesty. Lidé se bouří proti přísným potratovým zákonům

Tisíce lidí vyšly ve čtvrtek do ulic polských měst, aby požadovaly zmírnění přísných interrupčních zákonů. Demonstrace se uskutečnily ve Varšavě a dalších více než dvaceti městech při příležitosti šestého výročí rozhodnutí ústavního soudu, které výrazně omezilo přístup k potratům. Protestující zároveň kritizují vládu premiéra Donalda Tuska, která podle nich nedodržela své předvolební sliby.

Silné zemětřesení v Tibetu si vyžádalo 16 obětí. Tisíce lidí musely opustit domovy

Čínskou oblast Tibetu zasáhlo ve čtvrtek večer silné zemětřesení o magnitudu 7,0, které si vyžádalo nejméně 16 lidských životů. Počet zraněných vzrostl na 65, z toho 11 lidí utrpělo vážná zranění. Otřesy zničily stovky domů a více než 12 tisíc obyvatel muselo být evakuováno. Záchranné práce komplikuje náročný horský terén, sesuvy kamení i mrazivé počasí.

Musk obnovil Ukrajině přístup k satelitní síti Starlink, tvrdí Trump

Šéf společnosti SpaceX Elon Musk obnovil Ukrajině přístup k satelitní síti Starlink, prohlásil ve čtvrtek večer podle tiskových agentur americký prezident Donald Trump. Odmítl však říci, zda s Muskem o věci přímo hovořil. Kyjev si v posledních dnech stěžoval na omezení rychlosti připojení k systému, na kterém je ukrajinská armáda závislá při obraně proti ruské agresi a který využívá ke komunikaci na bojišti i k provozu dronů.

Evropa přitvrzuje vůči Hútíům. Požaduje jejich zařazení na seznam teroristických organizací

Evropský parlament vyzval k zařazení jemenských povstalců Hútíů na unijní seznam teroristických organizací. Reaguje tak na pokračující útoky Íránem podporovaného hnutí na Saúdskou Arábii a obchodní lodě v Rudém moři. Europoslanci požadují také zmrazení jeho finančních prostředků a přerušení zdrojů financování. Konečné rozhodnutí však musí jednomyslně schválit členské státy Evropské unie (EU).

Úřady zakázaly sobotní demonstrace v Marseille a pařížský protest žlutých vest

Úřady zakázaly demonstrace v Marseille a okolí tuto sobotu, kdy se plánovaly další protesty proti drahému živobytí. Uvedla to dnes agentura AFP. Úřady také vyhlásily na sobotu zákaz nočního vycházení v tomto druhém nejlidnatějším francouzském městě. V Paříži vydaly zákaz demonstrací nahlášených hnutím Žlutých vest. V neděli budou demonstrace zakázané ve městě Orléans, kde se bude konat sjezd krajně pravicového Národního sdružení (RN).

Ukrajinské úřady nařídily povinnou evakuaci rodin s dětmi ze dvou měst

Ukrajinské úřady dnes nařídily povinnou evakuaci rodin s dětmi z Kramatorska a Slovjanska, dvou měst, která Ukrajinci stále ovládají v průmyslovém regionu Donbas na východě země. Tato města představují poslední bašty ukrajinské armády v regionu, který se Kreml snaží celý dobýt, upozornila agentura AFP.

Nové byty v Praze dál zdražují. Metr čtvereční už stojí téměř 194 tisíc korun

Ceny nových bytů v Praze dál rostou, přestože se letos prodává méně nemovitostí než loni. Průměrná nabídková cena ve třetím čtvrtletí dosáhla 193 814 korun za metr čtvereční, meziročně téměř o 12 procent více. Za prvních devět měsíců roku developeři prodali 5 350 nových bytů, což představuje pokles o 11 procent. Nabídka přitom vzrostla na nejvyšší úroveň za posledních deset let.

Ropa prudce zdražuje po zprávách o amerických plánech na tvrdé údery na Írán

Světové ceny ropy ve čtvrtek výrazně vzrostly kvůli obavám z dalšího vyostření konfliktu na Blízkém východě. Spojené státy a Izrael podle amerických médií připravují nové útoky proti Íránu, zatímco regionem otřásají údery na energetická zařízení a ropné tankery. Severomořská ropa Brent překonala hranici 112 dolarů za barel. Investoři se obávají narušení globálních dodávek.

Volavky bílé se vracejí do Británie. Pomáhá jim obnova mokřadů

Do britské přírody se postupně vrací volavky bílé, které v minulosti téměř vyhubil obchod s ozdobným peřím. V hrabství Cambridgeshire bylo nedávno pozorováno třináct těchto ptáků. Jejich návrat doprovází rozsáhlá obnova mokřadů, které poskytují útočiště řadě dalších živočichů.

USA a Izrael plánují masivní údery na Írán po amerických volbách

Spojené státy a Izrael plánují krátkou a intenzivní sérii úderů proti Íránu, kterou chtějí zahájit po listopadových volbách do amerického Kongresu. Napsal to ve středu deník The New York Times s odvoláním na zdroje z administrativy prezidenta Donalda Trumpa. Útoky mají cílit na jaderná a vojenská zařízení a energetickou infrastrukturu s cílem přimět Teherán přistoupit na americké podmínky při vyjednáváních, což se Washingtonu téměř osm měsíců od začátku války zatím nepovedlo.

První tanker s ruskou naftou vyráží do USA. A to je jen začátek

Rusko ve čtvrtek vyšle do Spojených států první tanker s naftou na základě dohody mezi Donaldem Trumpem a Vladimirem Putinem. Americký prezident chce dodávkami zmírnit tlak rostoucích cen energií, zatímco Moskva získává novou příležitost k vývozu. Dohoda však vyvolala ostrou kritiku Ukrajiny i evropských spojenců Washingtonu. Prezident Volodymyr Zelenskyj dokonce prohlásil, že se cítí zrazen.
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama