水资源

纳米尖端水流撕裂杀菌机制助力绿色高效消毒

清华大学深圳国际研究生院吴乾元、杨诚和环境学院胡洪营团队开发了水处理新型消毒技术。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。现有消毒技术通过强氧化或紫外辐照作用杀灭微生物，面临能耗药耗高、有毒有害副产物易生成等问题。研究人员利用多孔泡沫铜制备了碳包覆纳米线，当受污染水样流经这一材料时，即可对水中细菌造成严重的机械破损。结合流场计算、细菌机械强度测试及细菌受力有限元模拟，证实碳包覆纳米尖端的瞬时黏附-流场撕扯效应能够突破细菌的临界应力，而水流冲击下细菌与纳米尖端发生的碰撞作用不能破坏细菌。这一机制可有效杀灭水中的多种典型细菌，避免二次污染问题。

纳米尖端水力学杀菌机制原理解析（图片来源于清华大学网站）

揭示土体蒸发过程中的真实界面蒸发

中国科学院武汉岩土力学研究所董毅研究组针对非饱和土的界面蒸发微尺度特征，通过X射线显微断层扫描方法扫描玻璃珠样品，研究土壤水分蒸发中的几何和拓扑特征。相关成果发表于《水资源研究》（Water Resources Research）。在土壤水蒸发过程中，水的气化仅发生在气-液界面上而非表观土壤表面。气-液界面的演化在蒸发过程中占据主导性作用。研究不同饱和度下的界面特性，对于剖析土壤水分蒸发的关键机制颇为重要。研究证实了孔隙水蒸发过程中毛细管压力的增加。蒸发过程中气-液界面的几何和拓扑特性，为进一步研究液体相变、确定土壤的真实界面蒸发率奠定了理论基础。

斯石英的一维含水通道超结构研究

北京高压科学研究中心胡清扬研究员和中山大学朱升财副教授团队合作，深入研究了地幔深部的含水二氧化硅超结构和一维超离子通道。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。二氧化硅是俯冲洋壳玄武岩的主要成分之一，斯石英可能是将水向下地幔输运的重要矿物。前期研究表明，斯石英在地球深部的储水能力很强，但是其储水机制仍然存在诸多争议。研究为揭示二氧化硅在地幔深部的储水机制提供了精细的晶体结构。斯石英的一维含水通道超结构刷新了人类对名义无水矿物中含氢缺陷结构的认知，丰富了地球深部水储库的存在形式，有助于解释含水斯石英的超高热稳定性和斯石英/后斯石英相变压力提前之谜。

评估变化环境下河流氮通量的演变

中国科学院地理科学与资源研究所赵罡副研究员与卡内基科学研究所、斯坦福大学等科研人员合作，开展了变化环境下流域氮通量演变的定量化研究工作。相关成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。目前，温度对河流氮的影响还未量化，特别是对变化环境下降水和温度对河流氮的共同影响仍缺乏认识。研究利用可解释机器学习方法构建了河流氮通量对环境因子的敏感性模型，利用气候模式数据预估河流氮在气候变化情景下的未来轨迹。尽管降水量的增加会增加土壤氮向河道的迁移速率，但温度上升引起反硝化速率的增加，很可能会抵消相关影响甚至会减少大部分地区河流中的氮通量。