Nanogeoscience
ನ್ಯಾನೊ ಜಿಯೋಸೈನ್ಸ್ ಎಂಬುದು ಭೌಗೋಳಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳ ಅಧ್ಯಯನವಾಗಿದೆ. ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, 1-100 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ಗಳ ಗಾತ್ರದ ನಡುವಿನ ಪರಿಸರದ ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ಸ್ಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಇದನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅನ್ವಯವಾಗುವ ಇತರ ಅಧ್ಯಯನ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳು ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ಗೆ ಸೀಮಿತವಾದ ಕನಿಷ್ಠ ಒಂದು ಆಯಾಮವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಅಧ್ಯಯನ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ (ಉದಾ. ತೆಳುವಾದ ಪದರಗಳು, ಸೀಮಿತ ದ್ರವಗಳು) ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯ ವರ್ಗಾವಣೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು, ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಪರಿಸರ ಸಂಪರ್ಕಸಾಧನಗಳಾದ್ಯಂತ ದ್ರವ್ಯ. ಮಾನವ ಚಟುವಟಿಕೆಯ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಧೂಳು ವಾತಾವರಣವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಿದಂತೆ (ಭೂಮಿಯ ತೆರವು ಮತ್ತು ಮರುಭೂಮೀಕರಣದಂತಹ ನೇರ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಂದ, ಜಾಗತಿಕ ತಾಪಮಾನ ಏರಿಕೆಯಂತಹ ಪರೋಕ್ಷ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಂದ), ಖನಿಜ ಧೂಳಿನ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಹೆಚ್ಚು ಮುಖ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಗರಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 0.2 ಮೈಕ್ರೋಮೀಟರ್ ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕಿಂತ ದೊಡ್ಡ ಅಳತೆಯ ಕಣಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತಾರೆ, ಅಂದರೆ ಬಹಳಷ್ಟು ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ಕಣಗಳನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ರಚನೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ. ಮಣ್ಣು ಜಲ-ಶಿಲೆ-ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ನ್ಯಾನೊವಿಜ್ಞಾನವು ಯಾವುದೇ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಹೊಂದಿಲ್ಲವಾದರೂ, ಹವಾಮಾನ, ಮಣ್ಣು ಮತ್ತು ಜಲ-ಶಿಲೆ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆ ವಿಜ್ಞಾನದ ಬಹುತೇಕ ಎಲ್ಲಾ ಅಂಶಗಳು (ಭೌಗೋಳಿಕ ಮತ್ತು ಜೈವಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೆರಡೂ) ನ್ಯಾನೊವಿಜ್ಞಾನದೊಂದಿಗೆ ಅವಿನಾಭಾವ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಭೂಮಿಯ ಹತ್ತಿರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ, ಒಡೆಯಲ್ಪಟ್ಟ ವಸ್ತುಗಳು ಮತ್ತು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ವಸ್ತುಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ಆಡಳಿತದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಸಾವಯವ ಅಣುಗಳು, ಸರಳ ಮತ್ತು ಸಂಕೀರ್ಣ, ಹಾಗೆಯೇ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಮತ್ತು ಮಣ್ಣು ಮತ್ತು ಬಂಡೆಗಳಲ್ಲಿರುವ ಎಲ್ಲಾ ಸಸ್ಯ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಖನಿಜ ಘಟಕಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸುವುದರಿಂದ, ನ್ಯಾನೊ ಆಯಾಮಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಇಂದಿನ ಕ್ರಮಗಳಾಗಿವೆ. ಲೋಹದ ಸಾರಿಗೆ ನ್ಯಾನೊಸೈನ್ಸ್ ಭೂಮಿಯಲ್ಲಿ, ನ್ಯಾನೊಸೈಸ್ಡ್ ಖನಿಜಗಳು ಮಣ್ಣಿನಿಂದ ಆರ್ಸೆನಿಕ್, ತಾಮ್ರ ಮತ್ತು ಸೀಸಗಳಂತಹ ವಿಷವನ್ನು ಹೇಗೆ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಸಂಶೋಧಕರು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತಾರೆ. ಮಣ್ಣಿನ ಪರಿಹಾರ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುವ ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಸುಗಮಗೊಳಿಸುವುದು ಒಂದು ಜಟಿಲವಾದ ವ್ಯವಹಾರವಾಗಿದೆ. ನ್ಯಾನೋಜಿಯೋಸೈನ್ಸ್ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯ ಆರಂಭಿಕ ಹಂತದಲ್ಲಿದೆ. ಭೌಗೋಳಿಕ ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊವಿಜ್ಞಾನದ ಭವಿಷ್ಯದ ದಿಕ್ಕುಗಳು ಸಾಗರಗಳಲ್ಲಿ, ಖಂಡಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊಸೈಸ್ಡ್ ಕಣಗಳು ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳ ಗುರುತು, ವಿತರಣೆ ಮತ್ತು ಅಸಾಮಾನ್ಯ ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ನಿರ್ಣಯ ಮತ್ತು ಅವು ಅನಿರೀಕ್ಷಿತ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಭೂಮಿಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ನಡೆಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ನ್ಯಾನೊ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯ ಭೂಮಿ ಮತ್ತು ಪರಿಸರ ಸಂವೇದನಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರ ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬಿತ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆ ನ್ಯಾನೊ ಜಿಯೋಸೈನ್ಸ್ ಮಣ್ಣು, ಜಲ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಮತ್ತು ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿನ ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ರಚನೆಗಳು, ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ನಡವಳಿಕೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವ್ಯವಹರಿಸುತ್ತದೆ. ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆಯ ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬನೆಯು ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಪ್ರಮುಖ ಲಕ್ಷಣಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ. ಇದು ದೊಡ್ಡ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಪರಮಾಣು ರಚನೆಯಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಮುಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯು ಅವುಗಳ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ವಿಲೋಮ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದಾದ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ, ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬಿತ ಮುಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗಾತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಹಂತದ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಕ್ರಾಸ್ಒವರ್ಗೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು. ಮುಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯ ಕಡಿತವು ಸ್ಫಟಿಕದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು (ಪರಮಾಣು-ಮೂಲಕ-ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಆಧಾರಿತ ಲಗತ್ತು) ಪ್ರೇರೇಪಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಗಾತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಹಂತದ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಬದಲಾವಣೆಯಿಂದಾಗಿ ಮತ್ತೆ ಹಂತದ ರೂಪಾಂತರವನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸಬಹುದು. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ನೈಸರ್ಗಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆ ಮತ್ತು ಚಲನಶೀಲತೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ. ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಚೆನ್ನಾಗಿ ಗುರುತಿಸಲಾದ ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬಿತ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳು ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆಃ ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಬೃಹತ್ (ಸ್ಥೂಲದರ್ಶಕ) ಕಣಗಳ ಹಂತದ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಹಿಮ್ಮುಖ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಕಣದ ಗಾತ್ರವು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಗಾತ್ರಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರಿಂದ, ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ (ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ) ಕಡಿಮೆ ಸ್ಥಿರವಾದ ಬೃಹತ್-ಹಂತವು ಬೃಹತ್-ಸ್ಥಿರ ಹಂತಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಬೃಹತ್ ಅನಾಟೇಸ್ (TiO2) ಅನ್ನು ಬೃಹತ್ ರೂಟೈಲ್ (TiO2) ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಮೆಟಾಸ್ಟೆಬಲ್ ಆಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ, 14 nm ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ ಅನಾಟೇಸ್ ರೂಟೈಲ್ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಅಂತೆಯೇ, 1293 K ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ, ವುರ್ಟ್ಜೈಟ್ (ZnS) ಸ್ಪ್ಯಾಲೆರೈಟ್ (ZnS) ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ, 300 K ನಲ್ಲಿ ಕಣದ ಗಾತ್ರವು 7 nm ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾದಾಗ ವುರ್ಟ್ಜೈಟ್ ಸ್ಫಲೆರೈಟ್ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಬಹಳ ಸಣ್ಣ ಕಣದ ಗಾತ್ರಗಳಲ್ಲಿ, ZnS ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ಸ್ನ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ನೀರನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈ-ಮೇಲ್ಮೈ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸುವಿಕೆ/ವಿಭಜನೆಯ ಮೇಲೆ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ರಚನಾತ್ಮಕ ರೂಪಾಂತರವನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸಬಹುದು. ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬಿತ ಹಂತದ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಇತರ ಉದಾಹರಣೆಗಳಲ್ಲಿ Al2O3, ZrO2, C, CdS, BATiO3, Fe2O3, CR2O3, Mn2O3, Nb2O3, Y2O3, ಮತ್ತು Au-Sb ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಸೇರಿವೆ. ಹಂತದ ರೂಪಾಂತರದ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ರೂಪಾಂತರಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ (ನೂರಾರು ಡಿಗ್ರಿಗಳಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ) ಸಂಭವಿಸುತ್ತವೆ. ಅಂತಹ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ, ಅವುಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವ ಶಕ್ತಿಗಳಿಂದಾಗಿ ಮೇಲ್ಮೈ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಷನ್ ಮತ್ತು ಬೃಹತ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಷನ್ ದರಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಪರ್ಕವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಷನ್ ಮೂಲಕ ಹಂತದ ರೂಪಾಂತರವು ಪ್ರಧಾನವಾಗಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಪರಿವರ್ತನೆಯ ದರವು ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು (ಗಾತ್ರ) ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದು ಸಡಿಲವಾಗಿ ತುಂಬಿದ ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳಿಗಿಂತ ದಟ್ಟವಾಗಿ ತುಂಬಿದ (ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸಿದ) ಕಣಗಳಲ್ಲಿ ವೇಗವಾಗಿ ಮುಂದುವರಿಯುತ್ತದೆ. ಸಂಕೀರ್ಣ ಏಕಕಾಲೀನ ಹಂತದ ರೂಪಾಂತರ ಮತ್ತು ಕಣಗಳ ಒರಟುತನವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ಸ್ನಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬಿತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಮತ್ತು ನ್ಯಾನೊಮಿನರಲ್ಗಳ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ. ಈ ಗಾತ್ರ-ಅವಲಂಬಿತ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ನ್ಯಾನೊ ಕಣಗಳ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆಯಲ್ಲಿ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರದ ಮಹತ್ವವನ್ನು ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಓದುವ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ನ್ಯಾನೊಜಿಯೋಸೈನ್ಸ್ (ಎಲಿಮೆಂಟ್ಸ್ ನಿಯತಕಾಲಿಕೆ) ನ್ಯಾನೊಜಿಯೋಸೈನ್ಸ್ ಸಂಶೋಧನಾ ಗುಂಪುಗಳ ವಿಶೇಷ ಸಂಚಿಕೆಗಳ ಕೋಷ್ಟಕಃ ಬರ್ಕ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊಜಿಯೋಸೈನ್ಸ್ ಗ್ರೂಪ್ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿ ಆಫ್ ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ-ಬರ್ಕ್ಲಿ ವರ್ಜೀನಿಯಾ ಟೆಕ್ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿ ಆಫ್ ಫ್ಲೋರಿಡಾ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿ ಆಫ್ ವಿಸ್ಕಾನ್ಸಿನ್-ಮ್ಯಾಡಿಸನ್ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿ ಆಫ್ ಮಿನ್ನೇಸೋಟ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿ ಆಫ್ ಕೋಪನ್ ಹ್ಯಾಗನ್ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿ ಆಫ್ ವಿಯೆನ್ನಾ ನ್ಯಾನೊಪರ್ಟಿಕಲ್ಸ್ ಅರ್ಥ್ ಸೈನ್ಸಸ್