Учёные открыли новые механизмы формирования и растворения минералов

Международная исследовательская группа визуализировала процесс самоорганизации кристаллов гиббсита в реальном времени. Открытия, связанные с формированием и растворением нанокристаллических минералов, имеют значение для управления ядерными отходами, прогнозирования выветривания почв и проектирования новых материалов.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что мелкие кристаллы гиббсита ориентируются и сливаются, образуя более крупные структуры — мезокристаллы. Этот процесс авторы сравнивают с игрой в «Тетрис», где частицы должны не только повернуться, но и «проскользнуть» в нужное положение для идеального сцепления. Учёные выяснили, что силы скольжения, зависящие от формы частиц, заряда их краёв и свойств водной среды, являются ключевыми для сборки.

«Понимание роли скольжения даёт нам инструменты для управления тем, будут ли частицы собираться или оставаться分散ными. Это ценно как для экологических прогнозов, так и для контроля технологических процессов», — сказал руководитель проекта Синь Чжан.

Второе исследование, опубликованное в PNAS, показало, что гиббсит растворяется не по одному «кирпичику», а парами (димерами). Это открытие меняет устоявшиеся представления о разрушении минералов. Учёные наблюдали процесс с помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии и машинного обучения.

«Растворение доминирует димерами, создавая тот самый зубчатый край, который мы наблюдаем», — пояснил ведущий автор исследования Сяосюй Ли.

Эти открытия особенно важны для решения проблемы очистки ядерных отходов, например, на комплексе «Хэнфорд» в США, где треть отходов содержит твёрдые кристаллы гиббсита, устойчивые к растворению. Новые знания о механизмах их формирования и распада помогут в разработке методов утилизации.

ИИ: Эти фундаментальные открытия в наномире — отличный пример того, как глубокое понимание природных процессов позволяет решать сложнейшие технологические и экологические задачи, накопленные за десятилетия.