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Scienziati russi hanno migliorato il metodo di monitoraggio delle acque marine

© Sputnik . Vladimir Astapkovich / Vai alla galleria fotograficaOceano
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La valutazione dei cambiamenti climatici e dello stato ecologico delle acque marine richiede un'identificazione accurata delle fonti di materia organica che entrano nell'oceano. Queste informazioni sono necessarie anche quando si prendono decisioni in caso di catastrofi naturali o provocate dall'uomo.

RIA Novosti è stata informata dell'importanza e dei risultati della ricerca in questo settore da scienziati delle principali università russe.

L'analisi dei composti organici che entrano nei mari della piattaforma artica con il deflusso dei fiumi consente di valutare in modo abbastanza accurato l'entità dello scongelamento del permafrost. Inoltre, la composizione della materia organica nell'acqua di mare è influenzata dai sali di metalli pesanti e dagli inquinanti organici provenienti dalle acque reflue domestiche e industriali. Pertanto, gli scienziati controllano regolarmente la composizione qualitativa e quantitativa dell'acqua di mare nella zona della piattaforma.

Vari metodi fisico-chimici vengono utilizzati per valutare i cambiamenti stagionali e spaziali nella composizione della materia organica disciolta. Il più veloce ed economico di questi è la spettroscopia di fluorescenza 3D. Il metodo si basa sul fatto che le sostanze organiche possono brillare nell'ultravioletto e la natura della luce emessa da esse dipende strettamente dalla loro struttura.

I ricercatori irradiano le soluzioni in esame con luce ultravioletta di diverse lunghezze d'onda, con ciascuna delle sostanze disciolte che emette un insieme di frequenze che non dipende dalla sua concentrazione nella soluzione. Allo stesso tempo, l'intensità della radiazione dipende invece dalla concentrazione. È questa combinazione che consente di determinare non solo la sostanza presente, ma anche la sua concentrazione in acqua.

In natura tutto è più complicato che in un laboratorio: l'acqua di mare contiene migliaia di composti organici ed è impossibile identificare tutto in una volta dagli spettri di fluorescenza. Per risolvere i problemi scientifici e pratici, non sono tuttavia necessarie informazioni complete sulla composizione della soluzione, è sufficiente determinare il contenuto dei diversi composti significativi campionati. Pertanto, i metodi ottici sono ampiamente utilizzati per studiare l'acqua di mare.

La questione più importante e difficile è il numero minimo di componenti significativi che possono essere utilizzati per decifrare lo spettro, ha affermato il Professore Associato del Dipartimento di Chimica Laser, Timur Labutin, della Facoltà di Chimica dell’Università Statale di Mosca (MGU) M.V. Lomonosov.

"Dagli spettri sperimentali è impossibile dire quanti composti siano stati coinvolti nella loro formazione, poiché le linee dei singoli spettri si sovrappongono. Pertanto, vengono utilizzati metodi matematici moderni per scomporre lo spettro risultante in componenti, in particolare il metodo PARAFAC (analisi fattoriale parallela). Questo è un metodo basato su un criterio statistico, ottimo per l'analisi dello spettro", ha spiegato a RIA Novosti.

Secondo Labutin, prendere in considerazione più componenti di quanti non siano in realtà nel campione d’analisi sarebbe un grave errore. Formalmente, la decomposizione verrà completata correttamente, ma il programma restituirà una delle infinite risposte matematicamente corrette, che però descrivono in modo errato i dati sperimentali.

Ora, per stimare il numero "corretto" di componenti che hanno formato gli spettri ottenuti, vengono di solito utilizzati vari approcci empirici, consentendo a uno sperimentatore esperto di scegliere "a occhio" l'opzione corretta.

Lo staff del Dipartimento di chimica dell'Università statale di Mosca, sotto la guida di Timur Labutin, ha proposto un algoritmo per la scelta del numero dei componenti, che ha aumentato significativamente l'affidabilità del risultato. Un contributo significativo alla ricerca è stato dato da Ivan Krylov, uno studente post-laurea del Dipartimento di Chimica Laser, Facoltà di Chimica, Università Statale di Mosca, altri studenti e studenti post-laurea del dipartimento hanno preso parte attiva al lavoro.

Il programma di sviluppo dei giovani scienziati, denominato poeticamente "Albatross", consentirà di determinare più accuratamente le fonti di materia organica nell'oceano, operazione molto importante per la valutazione dei cambiamenti climatici e il monitoraggio ecologico delle acque marine. L'algoritmo è stato applicato con successo nello studio dei campioni raccolti durante una spedizione nei mari della piattaforma artica russa.

Scienziati dell'Istituto di oceanologia. P.P. Shirshov RAS hanno utilizzato con successo il pacchetto Albatross per l'analisi di più di sessanta campioni d'acqua dal mare di Laptev, dal mare di Kara e dalle acque costiere della Novaya Zemlya proprio durante la spedizione a bordo della nave Akademik Mstislav Keldysh.

Ottenere informazioni sullo stato delle piattaforme oceaniche di tutto il mondo in tempo reale è la condizione più importante per azioni adeguate in caso di catastrofi naturali o provocate dall'uomo, ha affermato il membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa, direttrice dell'Istituto di chimica e problemi di sviluppo sostenibile dell'Università russa di tecnologia chimica Mendeleeva, Natalia Tarasova.

"È anche estremamente importante determinare le forme della presenza del carbonio organico nelle acque costiere associate ai cambiamenti nel deflusso dei fiumi sotto l'influenza del cambiamento climatico. Ci auguriamo che lo sviluppo sarà implementato in un dispositivo seriale nel prossimo futuro", ha detto a RIA Novosti.

Scienziati dell'Università statale di Mosca propongono di utilizzare sensori fluorimetrici portatili per il monitoraggio ambientale, sintonizzati per analizzare l'acqua in tempo reale utilizzando il pacchetto Albatross. Tale sistema chiarirà la portata degli incidenti ambientali, le correnti delle acque naturali e inquinate e, se necessario, rileverà la fonte di inquinamento.

I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. Il pacchetto software è implementato in linguaggio di programmazione 'R', specifico per l'analisi statistica dei dati, ed è disponibile per l'uso gratuito.

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