Результаты могли бы помочь ученым понять, как захватить углекислый газ из атмосферы, а также как лучше восстановить древние климаты.«Карбонаты являются самыми важными для того, что они представляют, взаимодействия между биологией и Землей», сказал ведущий исследователь Джеймс Де Иорео, материаловед из PNNL.. «В течение десятилетия мы изучали пути формирования карбонатов, используя мощные микроскопы, но у нас не было инструментов, чтобы наблюдать, что кристаллы формируются в режиме реального времени. Теперь мы знаем, что пути намного более сложны, чем предполагаемый в моделях, установленных в двадцатом веке».
Сдержанность землиКарбонат кальция – самое большое водохранилище углерода на планете. Это найдено в скалах во всем мире, раковинах и земли – и живущих в воде существ, и жемчуга, коралла, мрамора и известняка. Когда углерод проживает в карбонате кальция, он не болтается в атмосфере как углекислый газ, нагревая мир.
Понимание, как карбонат кальция превращается в различные полезные ископаемые, могло помочь ученым управлять его формированием, чтобы помешать углекислому газу входить в атмосферу.Депозиты карбоната кальция также содержат отчет истории Земли. Исследователи, восстанавливающие древние климаты, копаются в минерале для отчета температурного и атмосферного состава, условий окружающей среды и государства океана в то время, когда те полезные ископаемые сформировались. Лучшее понимание его путей формирования, вероятно, обеспечит понимание тех событий.
Чтобы получить ручку на минеральном формировании, исследователи в PNNL, Калифорнийском университете, Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли исследовали самый ранний шаг к становлению минералом, названным образованием ядра. В образовании ядра молекулы собираются в крошечный кристалл, который тогда растет с большой скоростью.
Образование ядра было трудно изучить, потому что это происходит внезапно и непредсказуемо, таким образом, ученым был нужен микроскоп, который мог следить за процессом в режиме реального времени.Придите к заказуВ 20-м веке исследователи установили теорию, что кристаллы сформировались организованным способом.
Как только заказанное ядро сформировалось, больше молекул, добавленных к кристаллу, вырастив минерал, но не изменив его структуру. Недавно, однако, ученые задались вопросом, мог ли бы процесс быть более сложным с другими вещами, способствующими минеральному формированию.
Например, в предыдущих экспериментах они видели формы карбоната кальция, которые, кажется, плотные жидкости, которые могли быть источниками для полезных ископаемых.Исследователи также задались вопросом, формируется ли кальцит из менее стабильных вариантов или непосредственно из кальция и карбоната, расторгнутого в жидкости. Арагонит и vaterite – полезные ископаемые карбоната кальция с немного отличающейся кристаллической архитектурой, чем кальцит и могли представлять шаг в формировании кальцита. Четвертая форма назвала аморфный карбонат кальция – или ACC, который мог быть жидкостью или телом, могло бы также быть водохранилище для того, чтобы вырастить полезные ископаемые.
Чтобы узнать, команда создала миниатюрную лабораторию под просвечивающим электронным микроскопом на Молекулярном Литейном заводе, Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства на LBNL. В этой миниатюрной лаборатории они смешались, бикарбонат натрия (раньше делал содовую воду), и хлорид кальция (подобный столовой соли) в воде.
В достаточно высоко концентрациях, выросли кристаллы. Видео образования ядро и роста кристаллов сделали запись того, что произошло [URL, чтобы прибыть].Превращение полезных ископаемых
Видео показали, что минеральный рост взял много путей. Некоторые кристаллы сформировались посредством двухступенчатого процесса.
Например, подобные капельке частицы ACC сформировались, затем кристаллы арагонита или vaterite появились на поверхности капелек. Поскольку новые кристаллы сформировались, они потребляли карбонат кальция в рамках снижения, на котором они образовали ядро.Другие кристаллы сформировались непосредственно из решения, появляющегося собой далеко от любых частиц ACC. Многократные формы часто образовывали ядро в единственном эксперименте – по крайней мере один кристалл кальцита, сформированный сверху кристалла арагонита, в то время как vaterite кристаллы стали соседними.
То, что команда не видела в и среди многих вариантов, однако, было кальцитом, формирующимся из ACC даже при том, что исследователи широко ожидают, что он произойдет. Означает ли это, что никогда не делает, Де Иорео не может сказать наверняка. Но после рассмотрения сотен событий образования ядра, он сказал, что это – очень маловероятное событие.
«Это – первый раз, когда мы непосредственно визуализировали процесс формирования», сказал Де Иорео. «Мы наблюдали много путей, происходящих одновременно. И они произошли беспорядочно.
Мы так и не смогли предсказать то, что собиралось подойти затем. Чтобы управлять процессом, мы должны были бы ввести некоторый шаблон, который может направить, какой кристалл формируется и где».В будущей работе Де Иорео и коллеги планируют заняться расследованиями, как живые организмы управляют процессом образования ядра, чтобы построить их раковины и жемчуг. Биологические организмы держат магазин минеральных компонентов в их камерах и развили способы заставить образование ядра произойти когда и при необходимости.
Команде любопытно знать, как они используют клеточные молекулы, чтобы достигнуть этого контроля.Эта работа была поддержана Офисом Министерства энергетики Науки.