Исследование показало, что обычные минералы в красной почве имеют тенденцию со временем блокировать микроэлементы.

Микро-минералы — это питательные вещества, такие как цинк, которые необходимы животным и растениям в небольших количествах для правильного функционирования. Животные обычно получают микроэлементы с пищей или из окружающей среды, тогда как растения получают микроэлементы из почвы. Если мы получаем слишком мало, мы можем испытывать дефицит, но может быть и обратное: слишком много микроэлементов может быть токсичным.

Ученые полагают, что до 50% микроэлементов, обнаруженных в почве и городской среде, могут быть связаны с поверхностями минеральных зерен, что делает микроэлементы практически недоступными для потребления или воздействия. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе задавались вопросом, почему они оказались там, где оказались.

«Когда минералы связывают микроэлементы, мы часто предполагаем, что они действуют как губка», — сказал Джеффри Дж. Каталано, профессор наук о Земле, окружающей среде и планетах и ​​директор по экологическим исследованиям в Arts & Sciences. «Но иногда они связывают микроэлементы и не отпускают их. Это здорово, когда они являются загрязнителями, но плохо, когда они являются микроэлементами».

в исследовании опубликовано В журнале Экологическая наука и технологииКаталано и Грег Ледингем, доктор философии. Один кандидат в своей лаборатории обнаружил, что распространенный минерал под названием гетит — богатый железом минерал, изобилующий почвой, покрывающей Землю, — имеет тенденцию со временем включать в свою структуру микроэлементы, связывая минералы таким образом, что блокирует их циркуляцию. .

Исследователи обнаружили, что доля микроэлементов, которые связываются с гетитом, зависит от размера ионов. До 70% никеля, микроэлемента с наименьшим ионным радиусом в этом исследовании, оказалось неизвлекаемым, тогда как только 8% кадмия было необратимо связано с гетитом.

«В прошлом, чтобы изучить, как микроэлементы металлов прикрепляются и удерживаются на минеральных поверхностях, геохимикам приходилось резко изменять химические условия способами, которые были нереалистичны или нереалистичны для реальных систем», — сказал Ледингем, аспирант Гарварда. Центр космических наук Макдоннелла. «Например, изменение pH влияет на то, как молекулы упаковываются вместе, и может повлиять на то, как минералы связываются с поверхностью.

«Мы использовали новый подход, называемый изотопным обменом, который позволил нам отслеживать, как металлы связывают, разделяют и инкорпорируют оксигидроксиды железа в реальном времени и в условиях, типичных для реальных почвенных и речных систем», — сказал он.

«Наше исследование показывает, что минералы оксигидроксида железа, такие как гетит, могут служить гораздо лучшим поглотителем микроэлементов, чем считалось ранее», — сказал Каталано.

По словам авторов исследования, знание того, что гетит естественным образом имеет тенденцию с течением времени улавливать следы металлов, может помочь ученым лучше прогнозировать, как определенные загрязнители перемещаются в окружающей среде. Это также может означать, что микроэлементы, добавленные в сельскохозяйственную и садовую почву, могут стать менее эффективными через несколько месяцев.

Результаты показывают, что воздействие на окружающую среду неоднозначно: улавливание металлов, которые действуют как загрязнители, очистит почву и запасы воды, но минералы, которые действуют как необходимые питательные вещества, также недоступны для растений и других организмов, говорят исследователи.