Впервые в истории создан "живой песок": в 28 раз дольше удерживает влагу

Для фермеров, работающих с песчаными почвами, полив — это лишь часть задачи. Дело в том, что вода быстро уходит сквозь промежутки между песчинками, а ветер может легко унести рыхлый песок. Чтобы сохранить растения, фермерам приходится искать способы удержать влагу в прикорневой зоне, а также предотвращать перемещение песка, пишет Science Alert.

В новом исследовании ученые сосредоточились на том, чтобы проверить, могут ли волокна, вырабатываемые бактериями и грибами, скрепить песчинки между собой. Выращивание микроорганизмов непосредственно в песке позволило создать материал, который исследователи назвали "живым песком". Результаты показали, что этот материал, похоже, способен сократить потерю влаги из почвы в шесть раз.

Ученые также использовали другой подход, в рамках которого вырастили тонкие пленки бактериальной целлюлозы и поместили их между слоями песка. Лабораторные тесты показали, что это снижает водопроницаемость почвы в невероятные 28 раз.

Отметим, что исследование было проведено командой из Университета Халифа (ОАЭ), Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий (Empa) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich).

В обычной почве корни растений, грибные нити и волокна, созданные микроорганизмами, помогают удерживать частицы грунта вместе. В новом исследовании ученые выяснились, могут ли подобные микроскопические сети укрепить песок и изменить характер движения воды в нем.

В ходе эксперимента была использована бактерия Komagataeibacter medellinensis, вырабатывающую целлюлозу, а также два штамма гриба Schizophyllum commune. Отметим, что оба штамма относятся к одному виду, но отличаются характеристиками роста.

В своей работе ученые использовали песок, собранный в дюнах недалеко от города Эль-Айн в ОАЭ, а также стандартный лабораторный песок. Перед внесением микроорганизмов и питательных растворов песок подвергали стерилизации. По словам ученых, микроскопические снимки показали, что бактериальная целлюлоза прикрепляется к поверхности песчинок, соединяя их друг с другом.

По словам соавтора исследования, руководителя лаборатории целлюлозных и древесных материалов Густава Нистрема, в результате обработки бактериями они с коллегами смогли получить более прочные образцы, чем при использовании грибов. Уже через семь дней песчаный столбик высотой около 6 сантиметров стал настолько прочным, что его можно было извлечь из формы и разрезать на части. При погружении в воду эти фрагменты сохраняли свою целостность. Отметим, что грибы также способствовали скреплению песчинок, однако такой песок был более хрупким.

В другом эксперименте ученые выращивали целлюлозные пленки отдельно, а затем размещали их между слоями песка. Эти пленки выполняли роль армирующего материала, способствуя равномерному распределению нагрузки, приложенной к песку.

Эксперимент с нагрузкой в 10 кг показал, что куб из обычного песка деформировался значительно сильнее, чем куб, армированный целлюлозными пленками. Кроме того, использование пленок обеспечило наиболее значительное снижение водопроницаемости.

Команда также провела третий эксперимент, в котором заливали воду в трубки и замеряли время, за которое она вытекала. Сравнивались три варианта: обычный песок, песок с волокнами и песок с добавлением отдельно выращенной целлюлозной пленки.

Результаты показали, что внедрение целлюлозной пленки снизило водопроницаемость примерно в 28 раз в сравнении с обычным песком, а при использовании песка с волокнами показатель снизился а 6 раз.

Другие новости науки

• В лесу на юге Китая нашли древнего гиганта: он появился после апокалипсиса на Земле
• Ледник Судного дня опаснее, чем считалось ранее: уровень моря повысится вдвое