암석 물리학, 나노 및 행성 물질 연구

지구 및 금속 재료

지구 및 행성 재료에 대한 연구는 지난 20년 동안 지구 화학, 광물학, 석회 학 및 토양 과학의 잘 발달된 영역뿐만 아니라 최신의 지구 미생물학 및 생물 미생물학, 광물학 분야의 주요 발전을 기반으로 하여 크게 성장했습니다. 이 연구는 또한 지질학자와 화학자, 물리학자, 분자 생물학자 및 재료 과학자와의 새로운 협력에 의해 자극되고 있습니다. 이러한 학문들은 종합적으로 행성과 특히 지구의 현재 상태와 지질 진화를 결정하는 가장 중요한 과정을 원자 수준에서 이해하려는 야심 찬 목표의 토대를 마련했습니다. 지구 및 행성 재료 연구는 원자 적 접근 방식을 기반으로 합니다. 즉, 재료와 프로세스를 훨씬 더 큰 규모로 이해하기 위해 분자 수준에서 특성을 확립합니다. 여기에는 새로운 주요 연구 도구 개발이 포함되었습니다. 예를 들어, 광물 물리학자들은 미세 회절 및 분광법을 위한 싱크로트론 빔라인, 초고압 및 온도에서 재료를 연구하기 위한 실험 도구, 탄성 특성의 초정밀 측정을 위한 공명 기법, 복잡한 광물 모델링을 위한 양자 역학적 방법을 개발하는 데 앞장서고 있습니다. 이러한 방법으로 지구 재료를 특성화하는 것은 근본적인 프로세스와 사용 중인 추진력을 정량화하는 데 필수적입니다. 이러한 기능을 통해 처음으로 토양 및 관련 생물학적 물질의 저농도 원소를 추적하는 등 자연적으로 발생하는 나노 상과 광물 표면을 매우 자세히 연구할 수 있습니다. 자연 발생과 인간 입문 방법 이해 요소는 토양에 의해 방출되고 생물학적으로 순환하며 먹이 사슬을 통해 이동하는 것은 환경의 질을 유지하거나 향상시키면서 식량 안보와 안전을 보장하는 데 중요합니다. 이제 지구 전체에 존재하는 고압 및 온도를 실험적으로 재현하고 이러한 조건에서 재료 특성의 정확한 측정을 수행할 수 있습니다. 지진학이 지구의 깊은 내부 구조를 신속하게 분해하고 해상도를 나타내기 때문에 이것은 중요합니다. 지진 학적 관측치를 실험실 측정 및 이론적 분석과 비교함으로써, 행성 내부의 상태와 구성은 물론 진화하는 과정을 결정할 수 있습니다. 거대한 행성과 별의 내부를 구성하는 주요 물질로 여겨지는 고압 금속 상태의 수소 상태에 대한 실험적 발견과 초기 특성을 분석한 그 존재는 이론적으로 60년 전에 예측되었지만 새로운 측정 결과 금속 수소에 대한 예상치 못한 특성이 밝혀졌습니다. 거대한 행성 내부의 구조, 역학 및 진화 모델을 크게 개선하고 있습니다. 거대한 행성을 이해하는 것은 우리 자신을 포함하여 행성 시스템의 기원을 해독하는 데 필요하며 최근 태양계 외부의 거대한 행성의 발견에 의해 더욱 동기가 부여됩니다. 슬라이딩 속도에 대한 의존성을 포함한 암석의 마찰 법칙은 처음으로 실험적으로 결정되었으며, 지진 물리학에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 지진 위험 평가와 관련된 지진 현상에 대한 많은 관찰을 통합합니다. 더욱이, 암석은 미세한 것에서 지각적인 규모로 파단의 형성 및 전파와 유체의 화학적 및 물리적 상호 작용으로 인해 다른 이유 중에서 예를 들어, 탄성파 전파에서 매우 비선형 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 비선형은 작은 힘이 큰 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다. 고압에서 형성된 새로 발견된 광상은 물, 이산화탄소 및 기타 '휘발성' 분자를 결정 구조에 고정시킵니다. 따라서 지구 내부는 수구보다 훨씬 더 많은 물과 다른 휘발성 종을 포함할 가능성이 있으며, 해양과 대기가 지질학적 시간에 걸쳐 어떻게 진화했는지에 대한 현재의 견해를 근본적으로 바꿉니다. 새로운 기법으로 미네랄 표면의 물리적 구조와 화학적 특성이 처음으로 밝혀졌습니다. 실험적 측정 및 이론적 분석은 기공 내 또는 결정립 경계를 따라 유체와 미네랄 단계 사이의 상세한 상호 작용에 대한 분자 규모의 이해를 제공하며, 화 산학에서 지진학에 이르는 다양한 분야와 자원 추출에서 응용에 이르기까지 환경 개선 및 광범위한 영향을 미칩니다. 특히, 유체 상호작용의 세부사항은 지표 및 지하 오염 물질이 이동하는 정도, 속도 및 경로와 그러한 영향을 완화할 수 있는 수단을 결정합니다. 토지 자원은 표면이 화학종 및 운명, 이동성, 생체 이용률, 반응성, 수송을 제어하는 유기 미네랄 나노 상이 지배적인 활성 콜로이드 분획을 가진 토양으로 구성됩니다. 이러한 지식은 예를 들어 농업 및 수자원의 지속 가능성과 같이 중요 영역에서 중요한 사회적 및 환경적 영향을 미칩니다. 최근 발견되어 개선된 시설 및 분야 간의 새로운 협력과 관련된 추진력은 미래의 가능성을 엿볼 수 있게 합니다. 앞으로 10년 동안 지구와 행성 물질에 대한 연구를 위한 주요 기회가 등장할 것입니다. 강력한 중성자 빔 및 기타 강력한 재료 특성의 새로운 프로브 개발에 대하여 설명하자면, 중성자는 광물 및 유체에서 수소(물 및 수산화물 포함)의 분자 부위를 기록하는 데 유일하게 적합합니다. 암석, 토양 및 기타 다결정 재료의 질감, 유체의 원자 배열, 결정의 열역학적 특성을 말합니다. 정교한 현장 실험을 위해 완벽하게 계측된 전용 싱크로트론 엑스선 빔라인은 공간, 시간 및 스펙트럼 분해능이 100배 이상 증가한 완전히 새로운 종류의 실험으로 이어질 것입니다. 이러한 기술 개발은 의심할 여지없이 무기 상호작용 모니터링에서 행성 내부의 진화를 명확하게 하는 것까지 기초 연구뿐만 아니라 획기적인 발전으로 이어질 것입니다. 다른 행성, 행성 간 공간 및 혜성에서 이미 시작되거나 계획된 미래의 우주 임무는 행성이 형성되는 물질을 대표하는 코미 너리, 소행성 및 태양 재료 샘플을 제공할 것으로 예상됩니다. 10~20년 이내에 화성에서 반환될 수도 있습니다. 이 샘플은 크기가 작고 먼지 크기의 입자가 상당 부분 포함될 것으로 예상되어 현대의 고해상도 분석 기술을 사용하는 데 큰 도움이 됩니다. 광물 표면과 계면은 특히 외계 물질의 생물학적 분자 및 유기 과정의 잠재적 전구체를 기록하기 위해 특별한 연구가 필요하며, 이는 생명의 흔적을 식별하는 데 우선순위가 높습니다.