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

Prokuratura v USA znovuotevřela případ hromadného znásilnění na Cornellově univerzitě

Státní zastupitelství v americkém státě New York znovu otevře trestní vyšetřování údajného znásilnění studentky na Cornellově univerzitě. Žena, v soudních dokumentech označovaná jako Jane Doe, tvrdí, že ji v říjnu 2024 v domě studentského spolku Chi Phi napadlo sedm mužů. Případ nyní může projednat velká porota.

Tom Holland se promění ve Freda Astaira. Po jeho boku zazáří Sabrina Carpenter

Tom Holland se chystá ztvárnit jednu z největších tanečních hvězd hollywoodské historie. Připravovaný životopisný film o Fredu Astairovi nyní získal další dvě výrazná jména. Sabrina Carpenter se představí jako Ginger Rogers, zatímco Margaret Qualley ztvární Astairovu starší sestru a první taneční partnerku Adele.

Strach z mobilizace roste. Putin podepsal dekret o navýšení armády

Ruský prezident Vladimir Putin podepsal dekret o zvýšení povoleného počtu vojáků o 15 500 na 1,55 milionu. Ukrajinský prezident Volodymyr Zelenskyj upozornil, že v Rusku už probíhá „dodatečná mobilizace“. Severní Korea se navíc chystá do Ruska pro boje na Ukrajině poslat další vojáky.

Trump oznámil průmyslový megaprojekt. Hovoří o největší ocelárně v historii USA

Americký prezident Donald Trump v pondělí v Oválné pracovně oznámil výstavbu nové ocelárny v hodnotě 15 miliard dolarů (asi 320 miliard korun) v Iowě. Šéf Bílého domu ji označil za největší ocelárnu v historii USA. Komplex postaví firma Mesabi Metallics.

El Niño překvapilo vědce. Rekordy trhá měsíce před svým vrcholem

Klimatický jev El Niño překvapil klimatology a meteorology. Podle britské meteorologické služby Met Office překonává rekordy ještě několik měsíců před očekávaným vrcholem. Podle webu Severe Weather Europe letošní El Niño překoná všechny silné epizody posledních desetiletí. Prudký nárůst sleduje i Národní úřad pro oceán a atmosféru (NOAA).

Izrael zabil vrchního velitele Hamásu Izzaddína Bíka v severní části Gazy

Při izraelském vzdušném útoku byl dnes v Pásmu Gazy zabit Izzaddín Bík, který byl vrchním velitelem ozbrojeného křídla hnutí Hamás v severní části tohoto palestinského území. Podle agentury Reuters to oznámili izraelský premiér Benjamin Netanjahu a ministr obrany Jisrael Kac s tím, že Bík byl zapojen do plánování útoků a rekrutování ozbrojenců. Hnutí Bíkovu smrt potvrdilo.

Tropické stromy přijímají oxid uhličitý v noci a šetří vodu

Některé tropické stromy si vytvořily neobvyklý způsob, jak lépe zvládat nedostatek vody. Oxid uhličitý přijímají hlavně v noci, zatímco přes den mohou mít průduchy v listech zavřené a omezit tak ztráty vody. Vědci nyní podrobněji popsali, jak se tato schopnost u různých druhů vyvíjela a proč může být důležitá v podmínkách častějšího sucha.

Nasadíme celý arzenál! Rusko pohrozilo NATO kvůli Kaliningradu

Rusko varovalo Severoatlantickou alianci (NATO) před pokusy o izolaci Kaliningradské oblasti. Jakýkoli takový krok by podle Moskvy mohl vyvolat přímou vojenskou konfrontaci. Kreml uvedl, že má dostatek zbraní k obraně enklávy a je připraven použít celý svůj arzenál, pokud by se aliance pokusila odříznout region od zbytku Ruska.

Tragédie na slovenské škole. Po útoku žáka zemřela učitelka

Tragický útok se v úterý ráno odehrál na základní škole v obci Staškov nedaleko slovenské Čadce. Jeden ze žáků zaútočil na učitelky a spolužačku. Jedna žena zemřela, další žena a dítě utrpěly zranění. Dítě převezli záchranáři do nemocnice v kritickém stavu.

Kyjev čelil ruskému raketovému útoku, zasaženo bylo několik domů

Kyjev dnes v noci čelil ruskému raketovému útoku, zasaženo bylo několik budov, uvedl starosta ukrajinské metropole Vitalij Kličko. Počet obětí předchozího pondělního útoku na metropoli vzrostl na dvě, zraněno bylo 26 lidí, informovala agentura Ukrinform.

Manažera The New York Times zastřelili za bílého dne. Podezřelými jsou tchán s tchyní

V sobotu byl v Kalifornii zastřelen manažer deníku The New York Times. Policie zadržela dva podezřelé, kteří byli identifikováni jako příbuzní oběti. Dvojice čeká ve vězení na obvinění. Incident se vyšetřuje, motiv vraždy zatím není jasný. Oběť se soudila se svou manželkou.

Při násilnostech gangů na Haiti zemřelo nejméně 11 lidí

Nejméně 11 lidí zemřelo v pondělí během nejnovější vlny násilností haitských gangů, uvedly podle agentury Reuters místní úřady. Zločinci v zemi zmítané už léta násilím a vleklou politickou krizí zaútočili po ofenzivě sil OSN, které gangy vytlačily z jejich pozic v centrální oblasti Artibonite.

KLDR připravuje vyslání dalších 10.000 vojáků na pomoc Rusku

Severní Korea připravuje vyslání dalších 10.000 vojáků do bojů Ruska proti Ukrajině, uvedl v pondělí ukrajinský prezident Volodymyr Zelenskyj. Nyní je v řadách ruské armády 8000 Severokorejců, dodal.

Británie propustila pětici podezřelých z plánování útoku na vojenskou základnu RAF Fairford

Britská policie propustila na kauci pět mužů zadržených kvůli podezřelému incidentu u vojenské základny RAF Fairford. Vyšetřování ale pokračuje a policisté nyní mimo jiné prověřují, zda do případu nebyli zapojeni lidé jednající ve prospěch cizího státu. Jednou z prověřovaných možností je spojení s Íránem.

Írán předal návrh zprostředkovatelům, reakci USA čeká dnes, řekl Arakčí

Íránští zástupci v pondělí jednali s katarskými zprostředkovateli a očekávají americkou odpověď na své návrhy během dneška, uvedl podle agentury Reuters ministr zahraničí Abbás Arakčí. Americká strana zatím své avizované separátní jednání s katarskými mediátory nekomentovala, prezident Donald Trump však krátce před Arakčího oznámením vyloučil, že by Íránu nabídl zrušení sankcí či uvolnění zmrazených fondů.
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama