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

Rusko podle Putina nechystá střet s Evropou; v Pobaltí vidí porušování práv Rusů

Rusko se nepřipravuje k žádnému střetu s Evropou. Dnes to podle agentury Interfax prohlásil ruský prezident Vladimir Putin. Zároveň řekl, že Rusko ví o tom, že pobaltské republiky porušují práva ruskojazyčných obyvatel, na což ale Moskva odpovídá humanitárními prostředky.

Výbuch v domě pod Akropolí zranil tři osoby, po pěti lidech se pátrá

Dvě ženy a jeden muž utrpěli lehká zranění v turisty vyhledávané čtvrti Atén, kde se dnes po výbuchu zřítila část obytného domu, uvedla televize ERT. Po dalších pěti lidech, včetně tří turistů, se pátrá, uvedli řečtí hasiči.

V ráji strojů nesmíme ztratit lidskost, AI nemá řešit etiku, řekl papež v Paříži

Papež Lev XIV. dnes v Paříži varoval před ztrátou lidskosti v době, která podle něho v souvislosti s umělou inteligencí (AI) vytváří "ráj strojů" a lidé stojí před základními otázkami existence. V projevu v Elysejském paláci, který přenášely televize, vyzval papež také k zákazu jaderných zbraní a ochraně života, když kritizoval možnost asistované sebevraždy, kterou letos Francie uzákonila.

Ruské útoky na různých místech Kyjeva zabily čtyři lidi, včetně 14letého chlapce

Při útoku, který Rusko dnes odpoledne podniklo na Kyjev, zemřeli tři lidé, hlásí starosta Vitalij Kličko. Ráno ruský nepilotovaný letoun zasáhl výškový obytný dům, ve kterém zahynul 14letý chlapec. Ruské útoky v ukrajinské metropoli podle informací zveřejňovaných Kličkem zranily skoro tři desítky lidí. Jednoho mrtvého hlásily po ruském útoku úřady v Oděse. V Rusku si ukrajinské dronové nálety vyžádaly životy dvou lidí.

Si Ťin-pching se prošel po červeném koberci. Nedostal však vše, co chtěl

Čínský prezident Si Ťin-pching se sice prošel po červeném koberci, ve Washingtonu však nedostal vše, pro co si přišel. Některé otázky, které jsou pro něj klíčové, nebyly vyřešeny. Trump pompézně přivítal vůdce země, kterou obvinil z vměšování do voleb a obchodního zneužívání USA.

Etiopie na pokraji „totální války“. Rebelové podle armády spustili ofenzivu

V Etiopii se opět rozhořely boje a zaznívají tvrzení o „totální válce“. Rebelové z Tigrajské lidové osvobozenecké fronty (TPLF) zahájili podle armády ofenzivu, na kterou reagovaly vládní jednotky protiútokem. Armáda uvedla, že povstalci utrpěli těžké ztráty. Mezinárodní organizace vyzývají k uklidnění situace.

Trump má novou „vlasteneckou“ reklamu. Platí ji vláda, demokraté mluví o propagandě

Po celých Spojených státech se vysílá nová reklama s americkým prezidentem Donaldem Trumpem. Vyzdvihuje „úspěchy“ jeho administrativy. Demokraté reklamu kritizují. Hovoří o propagandě a zpochybňují, jak Bílý dům nakládá s penězi daňových poplatníků.

Ruské drony nad Francií? Macron popřel zprávu médií, hrozbu však připustil

Prezident Emmanuel Macron popřel tvrzení deníku El Mundo, že Ústřední zpravodajská služba (CIA) varovala francouzskou vládu před hrozbou útoků ruských dronů. Hlava státu také řekla, že pošle do Saúdské Arábie vojáky a obranné systémy.

Švédské a finské stíhačky vzlétly k ruským vojenským letounům u Finska

Švédské a finské stíhačky ve čtvrtek vzlétly, aby v mezinárodním vzdušném prostoru nad Finským zálivem zachytily a identifikovaly ruské vojenské letouny. Podle agentury Reuters o tom dnes informovalo finské letectvo.

Netanjahu v OSN hájil války Izraele. Desítky delegátů na protest odešly ze sálu

Izraelský premiér Benjamin Netanjahu se ve čtvrtek postavil před Valné shromáždění OSN v atmosféře, která měla k diplomatické zdvořilosti daleko. Ještě než se naplno pustil do svého projevu, desítky delegátů začaly opouštět sál na protest proti izraelskému postupu v Gaze a dalších částech Blízkého východu.

OECD zlepšila výhled světové ekonomiky. Drahé energie dál brzdí růst

Světová ekonomika letos podle OECD poroste o 2,9 procenta, mírně rychleji, než organizace předpokládala v červnu. Dopady války na Blízkém východě zatím pomáhají tlumit zásoby ropy, vládní podpora i investice do umělé inteligence. Drahé energie ale dál zvyšují náklady firem a omezují kupní sílu domácností.

Čeští slalomáři otevřeli mistrovství Evropy dvěma stříbry

Čeští vodní slalomáři vstoupili do mistrovství Evropy v italské Ivree dvěma medailemi. Stříbro získaly mužské hlídky kajakářů i kanoistů, které shodně nestačily pouze na Francii. Ženským týmům se naopak závody nepovedly a obě české trojice skončily po vysokých penalizacích poslední.

USA posílí vojenskou přítomnost v Grónsku. Dohodly se s Dánskem

Spojené státy mají získat další vojenské základny v Grónsku a rozšířit aktivity na stávající základně Pituffik. Dohodu podepsali 22. září v New Yorku představitelé USA, Dánska a Grónska. Dokument zároveň potvrzuje svrchovanost Dánského království a právo obyvatel Grónska na sebeurčení.

Čínský prezident Si pozval do země 100.000 mladých Američanů a propůjčil pandy

Čína v příštích pěti letech na výměnné a studijní programy pozve 100.000 mladých Američanů a zoologické zahradě v Atlantě propůjčí dvojici pand. Dnes to během návštěvy Bílého domu prohlásil čínský prezident Si Ťin-pching. Prezident Spojených států Donald Trump řekl, že se Siem ho pojí skvělé přátelství.
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama