Supramolecular Formations of Humic Substance Molecules and Their Fractal Organization

G. N. Fedotov; Федотов Г. Н.; E. V. Shein; Шеин Е. В.; D. A. Ushkova; Ушкова Д. А.; O. A. Salimgareeva; Салимгареева О. А.; I. V. Gorepekin; Горепекин И. В.; D. I. Potapov; Потапов Д. И.

doi:10.31857/S0032180X22601608

Supramolecular Formations of Humic Substance Molecules and Their Fractal Organization

Authors: Fedotov G.N.¹, Shein E.V.¹, Ushkova D.A.¹, Salimgareeva O.A.¹, Gorepekin I.V.¹, Potapov D.I.¹
Affiliations:
1. Faculty of Soil Science of Lomonosov Moscow State University
Issue: No 8 (2023)
Pages: 903-910
Section: SOIL CHEMISTRY
URL: https://freezetech.ru/0032-180X/article/view/665834
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22601608
EDN: https://elibrary.ru/OIAGUS
ID: 665834

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

When studying water stability, it was found that when capillary contact of soils with water, spherical particles of several hundred nanometers in size are released from them into the water. Studies have shown that such particles pass into water from any humus–containing objects - soils, peat, humic acids, humates, fulvic acids. Elemental microanalysis of such particles isolated from sod-podzolic soil showed that they consist mainly of organic matter. These particles are previously repeatedly detected supramolecular formations (SF) from specific organic matter of soils. It is known that humic substances of soils are fractally organized, and in water they exist in the form of fractal clusters several hundred nanometers in size (F-clusters) formed by particles-molecules of humic substances about 10 nm in size. This allowed us to assume that the supramolecular formations isolated from humus-containing samples are F-clusters. Based on the high resistance of supramolecular formations of humic substances to decomposition into particles-molecules, it follows that humic substances in soils should have a fractal-cluster organization.

Keywords

F-clusters, soil gels, X-ray microanalysis, fractal cluster organization of humic substances

References

Виноградова О.И. Особенности гидродинамического и равновесного взаимодействия гидрофобных поверхностей. Дис. … докт. физ.-мат. наук. М., 2000. 175 с.
Глебова Г.И. Определение размера и формы частиц гумусовых кислот с помощью электронной микроскопии // Почвоведение. 1972. № 7. С. 115–117.
Евдокимов И.П., Лосев А.П. Природные нанообъекты в нефтегазовых средах М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2008. 104 с.
Лактионов Н.И., Рыбакова Ю.А., Сысоев Л.А., Чаплыгин В.И. Особенности строения гидрозолей гуминовых кислот и гуматов натрия // Почвоведение. 1992. № 7. С. 129–133.
Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 186 с.
Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 325 с.
Орлов Д.С., Глебова Г.И. Электронномикроскопические исследования гумусовых кислот // Агрохимия. 1972. № 7. С. 131–136.
Потапов Д.И., Шваров А.П., Горепекин И.В., Салимгареева О.А., Федотов Г.Н. Влияние пробоподготовки почвенных образцов на их теплогидрофизические свойства и аллелотоксичность // Почвоведение. 2022. № 3. С. 315–325.
Савченко Е.Г. Воздействие высушивания и нагревания почв на подвижность питательных веществ // Почвоведение. 2004. № 3. С. 322–331.
Тюлин А.Ф. Органно-минеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 52 с.
Федотов Г.Н., Добровольский Г.В. Возможные пути формирования нано- и микроструктур в гумусовых веществах почвенных гелей // Почвоведение. 2012. № 8. С. 908–920.
Федотов Г.Н., Третьяков Ю.Д., Иванов В.К., Куклин А.И., Пахомов Е.И., Исламов А.Х., Початкова Т.Н. Фрактальные коллоидные структуры в почвах различной зональности // Докл. АН РФ. 2005. Т. 405. № 3. С. 351–354.
Ширшова Л.Т. Полидисперсность гумусовых веществ почв. М.: Наука, 1991. 85 с.
Шоба С.А., Шеин Е.В., Ушкова Д.А., Грачева Т.А., Салимгареева О.А., Федотов Г.Н. Физико-химические аспекты водоустойчивости почв // Доклады РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 508. № 1. С. 139–143.
Fasurova N., Cechlovska H., Kucerik J. A comparative study of South Moravian lignite and standard IHSS humic acids' optical and colloidal properties // Petroleum and Coal. 2006. V. 48. № 2. P. 24–32.
Langford C.H., Melton J.R. When should humic substances be treated as dynamic combinatorial systems // Humic Substances: Molecular Details and Applications in Land and Water Conservation N.Y.: Taylor & Francis, 2005. P. 65–78.
Malekani K., Rice J.A., Lin J.S. Fractal character of humin and its components // Fractals. 1997. V. 5. P. 83–100.
Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. N.Y.: W.H. Freeman & Co, 2000. 468 p.
Osterberg R., Mortensen K. Fractal dimension of humic acids. A small angle neutron scattering study // European Biophysics J. 1992. V. 21. № 3. P. 163–167.
Reid P.M., Wilkinson A.E., Tipping E., Jones M.N. Aggregation of humic substances in aqueous media as determined by light-scattering methods // Eur. J. Soil Sci. 1991. V. 42. № 2. P. 259–270.
Rice J.A., Lin J.S. Fractal nature of humic materials // Environ. Sci. Technol. 1993. V. 27. P. 413–414.
Rice J.A., Tombacz E., Malekani K. Applications of light and X-ray scattering to characterize the fractal properties of soil organic matter // Geoderma. 1999. V. 88. № 3–4. P. 251–264.
Senesi N., Rizzi F.R., Dellino P., Acquafredda P. Fractal dimension of humic acids in aqueous suspension as a function of pH and time // Soil Sci. Soc. Am. J. 1996. V. 60. № 6. P. 1613–1678.
Senesi N., Rizzi F.R., Dellino P., Acquafredda P. Fractal humic acids in aqueous suspensions at various concentrations, ionic strengths, and pH values. Colloids and Surfaces A. // Physicochem. Engineer. Aspects. 1997. V. 127. № 1–3. P. 57–68.
Sutton R., Sposito G. Molecular structure in soil humic substances: the new view // Environ. Sci. Technol. 2005. V. 39. № 23. P. 9009–9015.
Wilkinson K.J., Senesi N. Senesi N., Wilkinson K.J. Biophysical chemistry of fractal structures and processes in environmental systems. England: John Wiley & Sons, 2008. 323 p.
Zavarzina A.G., Danchenko N.N., Demin V.V., Artemyeva Z.S., Kogut B.M. Humic substances: hypotheses and reality (a review) // Eurasian Soil Science. 2021. V. 54. № 12. P. 1826–1854.