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

Reklama

Doporučujeme

Orbán čelí největší zkoušce za poslední roky

Viktor Orbán vstupuje do nedělních voleb ve výjimečně oslabené pozici. Po šestnácti letech u moci čelí nejsilnějšímu tlaku za celou dobu svého působení a v Maďarsku sílí odpor i v kruzích, které mu dříve pevně stály po boku. Kromě únavy z jeho dlouhého vládnutí se do popředí dostaly korupční skandály, ekonomické problémy a rostoucí podpora opozice.

Macron poprvé jednal s papežem Lvem XIV. ve Vatikánu, mluvili o konfliktech

Francouzský prezident Emmanuel Macron dnes poprvé jednal ve Vatikánu s papežem Lvem XIV., píší agentura AFP a italská média. Vatikán k schůzi uvedl, že francouzský prezident jednal s papežem a vatikánskými představiteli o konfliktech ve světě. Macron k jednání řekl, že s papežem mají totožné přesvědčení, že usilovat o mír je povinností. Očekávalo se, že jednání se budou týkat mezinárodních krizí, války na Blízkém východě a situace v Libanonu.

Meloni varuje před poplatky v Hormuzském průlivu

Plán Íránu vybírat poplatky od lodí proplouvajících Hormuzským průlivem může zasáhnout světový obchod i dodávky energií. Italská premiérka Giorgia Meloni proto varovala, že podobný krok by mohl změnit obchodní toky a přinést citelné ekonomické dopady.

Kraken otevřel kryptu cestu k účtu u Fedu

Kryptoměnová burza Kraken získala přístup k účtu u americké centrální banky. Jde o první případ, kdy podobný účet získala firma z kryptosektoru, a otevírá to cestu k užšímu propojení digitálních aktiv s tradičním finančním systémem.

Stín, nebo smrt. Vedra už překračují naše limity, šokovalo vědce

Často se mluví o neobyvatelnosti planety v důsledku klimatických změn v budoucnosti. Podle nové studie však takové podmínky nastávají už během těch nejhorších vln veder. Jsme náchylnější k rostoucím teplotám, než se dosud myslelo, varují odborníci. Sami přiznávají, že si budoucnost zatím nedokážou představit.

Kolem jednání USA a Íránu panuje nejistota, Teherán žádá klid zbraní v Libanonu

Nejistota stále panuje kolem na dnešek či sobotu plánovaných mírových jednání mezi Spojenými státy a Íránem v pákistánském Islámábádu, píše stanice BBC. Teherán totiž dal už ve čtvrtek najevo, že účast íránských zástupců závisí na dodržování příměří ve všech oblastech Blízkého východu, včetně Libanonu. To však Izrael porušuje svými nepřestávajícími údery na cíle proíránského libanonského hnutí Hizballáh. Stanice NBC dnes informovala, že poblíž pákistánské letecké základny Nur Chán byl spatřen transportní letoun amerického letectva.

Ukrajinské úřady hlásí dva mrtvé po ruských nočních útocích

Ruské útoky v noci na dnešek v ukrajinské Dněpropetrovské oblasti zabily dva lidi, oznámil ráno na telegramu šéf regionální vojenské správy Oleksandr Hanža. V jihoukrajinském Chersonu je po ruském dronovém útoku zraněná seniorka, o dvou raněných v Sumské oblasti na severovýchodě země informovali ukrajinští záchranáři. Obětí náletu ukrajinských dronů se stal civilista ve Volgogradké oblasti, tvrdí ruské úřady.

Lídryně tchajwanské opozice Čcheng Li-wen se setkala s čínským prezidentem

Čínský prezident Si Ťin-pching se v pátek v Pekingu setkal s předsedkyní hlavní tchajwanské opoziční strany Kuomintang, Čcheng Li-wen. Jde o první návštěvu úřadující hlavy Kuomintangu v Číně za posledních deset let.

Astronauti mise Artemis II se vrací na Zemi, průlet atmosférou bude kritický

Mise Artemis II, při které první lidé od 70. let minulého století obletěli Měsíc, v noci na sobotu SELČ ukončí svou více než milion kilometrů dlouhou cestu. Čtveřice astronautů v kosmické lodi Orion proletí závratnou rychlostí atmosférou a pokud vše půjde podle plánu, dopadne do Tichého oceánu nedaleko západoamerického San Diega.

Izraelem v noci zněly sirény, z Libanonu jsou zprávy o zraněných

Izraelem v noci na dnešek zněly sirény varující před vzdušným útokem libanonského proíránského hnutí Hizballáh. Informoval o tom server The Times of Israel (ToI), podle něhož nejsou hlášena žádná zranění. Libanonská média naopak po izraelském útoku informovala o zraněných lidech a poničených civilních domech, uvedla BBC. Šéfka diplomacie Evropské unie Kaja Kallasová vyzvala k ukončení bojů v Libanonu.

Už mě to nebaví. Starmer kvůli účtům za energie přirovnal Trumpa k Putinovi

Britský premiér Keir Starmer prohlásil, že ho už nebaví sledovat, jak účty za energie v jeho zemi rostou kvůli krokům amerického a ruského prezidenta Donalda Trumpa a Vladimira Putina. Ceny ropy mírně vzrostly po oznámení o poškození energetické infrastruktury v Saúdské Arábii. Drží se však pod psychologickou hranicí 100 dolarů za barel.

Putin vyhlásil velikonoční příměří, Zelenskyj zmínil symetrické kroky

Ruský prezident Vladimir Putin vyhlásil na pravoslavné Velikonoce příměří na Ukrajině. Klid zbraní bude platit v sobotu 11. dubna od 16:00 moskevského času (15:00 SELČ) a v neděli 12. dubna po celý den, uvedla dnes státní agentura TASS. Ukrajinský prezident Volodymyr Zelenskyj následně na síti X uvedl, že jeho země je připravena na symetrické kroky a Kyjev letos navrhoval velikonoční příměří, podle čehož bude jednat. Ukrajina od února 2022 vzdoruje ruské invazi.

Poslali je na dostřel Íránu bez ochrany. Američtí přeživší vojáci promluvili

Vojáci, kteří přežili nejsmrtelnější útok na americké síly od začátku války s Íránem, zpochybnili vyjádření amerického ministra obrany Peta Hegsetha o tom, že protivzdušnou obranou náhodně pronikl dron. Podle nich byla základna v Kuvajtu špatně zabezpečená, přičemž jednotka nebyla na hrozby připravená.

Bílý dům varoval zaměstnance před sázením na predikčních trzích

Zaměstnanci Bílého domu dostali interní varování, aby nevyužívali neveřejné informace k sázení na predikčních trzích. Upozornění přišlo krátce po náhlé změně postoje prezidenta Donalda Trumpa k možnému útoku na íránskou infrastrukturu, která vyvolala podezření kolem načasovaných sázek.

Tornado Alley se posouvá na východ a zvyšuje riziko pro miliony lidí

Tornáda patří mezi nejničivější přírodní jevy v USA. Dlouho se spojovala hlavně s oblastí zvanou Tornado Alley ve střední části země. Teď se ale situace mění. Vědci upozorňují, že hlavní zóna se pomalu posouvá na východ, kde žije více lidí a kde jsou podmínky pro katastrofy složitější.
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama