Aktuální číslo:

2018/2

Téma měsíce:

Bionika

Magnetické mikročástice kolem nás

Geofyzikální ústav AV ČR, v. v. i.,  www.ig.cas.cz
 |  9. 6. 2011
 |  Vesmír 90, 336, 2011/6
komerční prezentace

Magnetické částice vyskytující se v okolním prostředí reagují různým způsobem na vnější magnetické pole. Nejintenzivněji reagují částice s uspořádanou magnetickou strukturou. V přírodě mezi ně patří zejména oxidy a některé sulfidy železa, z oxidů pak zejména magnetit (FeOFe2O3, resp. Fe3O4) a maghemit (α-Fe2O3). Tyto minerály se často vyskytují nejenom v horninách, ale také v půdách či v atmosféře. Mohou být jak přírodního původu, kdy pocházejí z mateční horniny, z vulkanických erupcí nebo z procesů probíhajících v půdách, tak i technogenního původu. Zejména spalování fosilních paliv v tepelných elektrárnách, ale teké v lokálních topeništích představuje významný zdroj ferimagnetických oxidů železa, které jsou jako součást úletových popílků emitovány do ovzduší a později po dopadu na zemský povrch pronikají do půd a vodního prostředí.

Oxidy železa se po léta studovaly zejména v paleomagnetismu – v oboru, který mapuje historii zemského magnetického pole. V době svého vzniku horniny obsahující oxidy železa zaznamenaly remanentní magnetizaci odpovídající intenzitě a směru zemského magnetického pole v té době. Tato informace slouží například též k rekonstrukci pohybu tektonických desek nebo k magnetickému datování vzniku sedimentů či archeologických struktur.

V poslední době se intenzivně studují magnetické oxidy železa technogenního původu, které se vyskytují v našem prostředí – v půdách, sedimentech a atmosféře. Jejich výskyt a specifické vlastnosti mohou odrážet především různé aspekty důležité pro naše zdraví. Například koncentrace magnetitu ve svrchních vrstvách půd často významně koreluje s koncentrací těžkých kovů škodlivých pro zdraví (například s koncentrací olova či kadmia). Tato korelace je dána společným zdrojem, přenosem a depozicí obou typů částic. Další specifické vlastnosti, jako například tvar a velikost částic, dokonalost jejich struktury apod., mohou být typické pro určité zdroje znečištění a lze je využít pro odhad podílu těchto zdrojů na znečištění prostředí.

V současné době se na našem pracovišti věnujeme několika aspektům environmentálního magnetismu. Vyšetřujeme migraci oxidů železa průmyslového původu v různých prostředích, které simulují půdní profily a přírodní srážkové režimy. Výsledky pak slouží jako referenční modelové chování atmosféricky deponovaných částic, které se obvykle koncentrují v hloubce kolem 5–8 cm pod povrchem, s výjimkou hrubozrných písčitých půd s velkou porozitou, v nichž mohou migrovat do mnohem větších hloubek. Koncentrace technogenních oxidů železa v půdách a sedimentech lze dobře zjišťovat magnetickou metodou a je podkladem pro mapování znečištění atmosférickým spadem. Podařilo se nám například zpřesnit znečištěné lokality v zájmových oblastech Krkonoš či Krušných hor. Další projekty se věnují podrobnému studiu rozdílů magnetických vlastností různých velikostních frakcí polétavého prachu (PM10, PM2,5 a PM1), odebraných v oblastech s různým stupněm znečištění. Výsledky pak mohou sloužit například k posouzení vlivu lokálních topenišť v malých sídlech či vlivu emisí z oceláren na celkově vysokém stupni znečištění ovzduší v průmyslové oblasti. V neposlední řadě vysoká citlivost magnetických metod umožňuje také odhadnout pravděpodobný výskyt částic například z erupce islandské sopky Eyjafjalla v dubnu 2010 v ovzduší v České republice či saharského prachu v ovzduší nad Středozemním mořem.

Tento výzkum je podporován v rámci projektu GAČR „Magnetická speciace atmosférických částic PM1, PM2,5 a PM10 z míst s různou kvalitou ovzduší či projektu GA AVČR „Dlouhodobé měření a analýza dynamiky magnetických částic atmosférického spadu v půdách”. Úzce při tom spolupracujeme s Centrem pro výzkum nanomateriálů Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci, Českou zemědělskou univerzitou v Praze a Státním zdravotním ústavem v Praze a také se zahraničními partnery (například s Univerzitou Tübingen v Německu, Ústavem pro výzkum životního prostředí Polské akademie věd v Zabrze, Univerzitou v Lisabonu v Portugalsku apod.). Uvedené příklady představují v současnosti intenzivně studovanou problematiku, která má přímý aplikační potenciál.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyzika

O autorech

Aleš Kapička

Eduard Petrovský

Doporučujeme

Návrat Široka

Návrat Široka

Pavel Pipek  |  9. 2. 2018
Zpráva, která na mě právě vyskočila na Twitteru, by asi většinu Evropanů nechala chladnou, ale mé srdce buší tak, že mám chuť okamžitě vyskočit z...
Rytíř našich vod

Rytíř našich vod

Marek Janáč  |  5. 2. 2018
Na stěně ve své kanceláři má vystavené krunýře velkých raků. Za jeho pracovní židlí v akváriu rak. V knihovně knihy o racích a v laboratoři ve...
O kvantových počítačích a šifře RSA

O kvantových počítačích a šifře RSA uzamčeno

Jiří Poš  |  5. 2. 2018
značným příslibem pro výpočetní systémy budoucnosti je rozvíjející se obor kvantových počítačů. Představují naději, že eliminují některá vážná...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné