«Чернозем для России дороже всякой нефти». Ученые впервые показали, как устроена курская почва на наноуровне
Российские ученые применили новый метод, чтобы изучить чернозем в мельчайших деталях. Образец взяли в Центрально-Черноземном заповеднике имени Алехина, который расположен в Курской области. Оказалось, что внутри почвы гораздо больше микротрещин, чем считалось раньше, и именно они помогают земле удерживать воду и дышать.
Понимание того, как устроена почва на самом глубоком уровне, – ключ к сохранению ее плодородия. Чернозем уникален тем, что является самым плодородным в мире. Основоположник школы научного почвоведения Василий Докучаев писал: «Чернозем для России дороже всякой нефти, всякого каменного угля, дороже золотых и железных руд; в нем – вековечное, неистощимое русское богатство». Ученый доказал, что почва – это отдельное живое тело природы. При этом именно курский чернозем считается эталоном этого вида почв.
Однако до сих пор ученые не имели возможности заглянуть внутрь него на наноуровне, чтобы понять, как именно работают механизмы, которые делают землю живой и урожайной. Именно для этого исследователи из МФТИ, МГУ, Почвенного института имени Докучаева и Института физики Земли РАН применили новую технологию, которая позволила рассмотреть структуру чернозема в деталях, недоступных ранее.
Сначала образец изучили с помощью компьютерной томографии и получили объемную картинку с точностью до микрометра (это одна тысячная миллиметра, – ред.). Затем применили другую технологию. Фокусированный пучок ионов галлия послойно срезал почву, обнажая внутреннюю структуру, а электронный микроскоп фиксировал детали с разрешением до четырех нанометров. Границы пор выделяли вручную – поверхность оказалась слишком сложной для автоматических алгоритмов.
Результаты удивили. Томография показывала поры округлыми, а ионный микроскоп – бесчисленное множество вытянутых трещин и изрезанных пустот. Именно они, по мнению ученых, составляют основу «почвенного лабиринта», который удерживает влагу и пропускает воздух. Кроме того, на снимках удалось четко разглядеть органику – на томограммах она почти сливалась с минералами.
У метода есть ограничение: он видит лишь микроучасток 30 на 50 микрон, поэтому полностью заменить томографию не может. Но вместе технологии позволяют создать полную 3D-карту почвы – от крупных структур до наночастиц. Теперь на основе этих данных ученые хотят понять, как именно формируется плодородие черноземов и как его сохранить.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение».
Ирина ВЛАДИМИРОВА