Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
14 декабря 2017, четверг, 01:56
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

Ученые построили единую цифровую модель почвы

Результат совмещения масштабов для получения детальной информации о строении почвы — двухмерное изображение размером 6х6 см и с разрешением в 15 микрон
Результат совмещения масштабов для получения детальной информации о строении почвы — двухмерное изображение размером 6х6 см и с разрешением в 15 микрон
Кирилл Герке
Российские ученые из Института динамики геосфер, Института физики Земли и Почвенного института РАН вместе с коллегами из Австралийского государственного объединения научных и прикладных исследований предложили новый метод структурного (комплексного) анализа почвы: они интегрировали изображения различного масштаба в единую цифровую модель. Разработка и внедрение нового метода позволят решить такие важные для России проблемы, как мониторинг деградации почв, повышение плодородия и моделирование водного режима. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы были представлены в журнале Geoderma.
 
При исследовании структуры любого материала возникает противоречие между объемом и разрешением исследуемого образца: чем больше объект, который ученые хотят исследовать, тем с меньшей детальностью получается это сделать. Ученые поняли, как включить множество различных изображений, полученных на разных масштабах разными методами, в единую цифровую модель. Они взяли двухмерные изображения российских почв и впервые применили к ним метод многомасштабных стохастических реконструкций.
 
«Представьте, что вы смотрите на гаечный ключ в микроскоп. Вы увидите шероховатости на его поверхности, но никогда не поймете, что это за вещь. Это так называя проблема репрезентативности. В идеале мы хотим видеть и ключ, и шероховатости. Аналогичная проблема встает и перед почвоведами», — пояснил соавтор статьи Кирилл Герке.
 
Поэтому, чтобы анализировать структуру и физические свойства материалов, приходится соединять информацию, полученную на разных масштабах, в единую цифровую модель. Это также необходимо для моделирования физических свойств и основных процессов, проходящих одновременно на разных масштабах.
 
Особенно остро проблема получения мультимасштабной цифровой модели строения стоит в почвоведении. Почва – одна из наиболее сложных по строению из естественных пористых сред. Понимать строение таких объектов жизненно необходимо, ведь без этого невозможно добиться прогресса в развитии сельского хозяйства и в решении основных вызовов современности: деградации почв и необходимости прокормить растущую популяцию Земли. Именно структура почвы определяет, насколько хорошо она удерживает влагу, какие там живут микроорганизмы, как там перерабатываются органические и минеральные вещества. Все эти процессы определяют почвенное плодородие.
 
Существует множество методов исследования структуры почвы. Основными на сегодняшний день можно считать рентгеновскую томографию и электронную микроскопию. Но все они страдают от базовой проблемы: чем больше образец, тем меньше разрешение. Ученые поняли, как включить множество различных изображений, полученных на разных масштабах разными методами, в единую цифровую модель. Ключом к этому стал метод многомасштабных стохастических реконструкций.
 
Стохастические реконструкции представляют собой сложный физико-математический аппарат для создания точной цифровой модели строения объекта по неполным входным данным, то есть в том случае, когда мы знаем лишь часть необходимой информации. Например, можно реконструировать трехмерное строение почвы по двухмерному изображению. Авторы статьи показали плюсы и минусы данного метода применительно к почвам, а также наметили ряд необходимых усовершенствований, необходимых в будущем для перехода предлагаемой технологии в основной инструментарий почвоведов. Физико-математический аппарат для стохастических реконструкций, разрабатываемый Мариной Карсаниной и Кириллом Герке в течение последних лет при поддержке Российского научного фонда, позволяет работать с любыми сложными иерархическими структурами: нано- и биоматериалами, коллекторами нефти и газа, строениемаккумуляторов, катализаторов и многих других важных для деятельности человека объектов.
 
Обобщенное представление о многопорядковой почвенной структуре необходимо при изучении основных почвенных функций: гидрологической, газовой, функции механической опоры растений, обеспечения жизненного пространства и убежища для почвенныхорганизмов и в целом функции почвенного плодородия. Совокупные цифровые модели почвенной структуры от метра до нанометра являются основой для прогнозирования и управления этими функциями. В условиях меняющегося климата и постоянно возрастающей антропогенной нагрузки на почву крайне актуальна разработка новых методов мониторинга почвенной структуры. Мультимасштабные цифровые методы открывают в этой области новые широкие возможности. Известно, что естественная и антропогенная трансформация почвы может затрагивать различные уровни ее структурной организации. Мультимасштабный анализ способен выявить наиболее слабые звенья в иерархической структуре почвы, контролировать их реакцию на внешние воздействия, прогнозировать способность почвенной структуры к регенерации. Цифровое представление о многопорядковой организации почвы актуально также при различного рода мелиоративных мероприятиях. Так, возможен контроль за поведением солевых новообразований при орошении почв, контроль за изменением почвенной структуры на рекультивированных территориях.
 
«Мы выстроили мостик от физико-математических методов к почвоведению и решили конкретную проблему для ученых, работающих с почвами, — резюмирует Кирилл Герке. — Следующим шагом будет создание цифровых моделей почв России, а также моделирование их основных свойств и почвенных процессов по таким моделям».

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi автоматизация бизнеса Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Россотрудничество русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.