Изучение порового пространства почвы в его естественном состоянии нужно для понимания процессов генезиса почв, почвенных функций, оценки изменений в ходе хозяйственной деятельности и др. Для этого типа исследований наиболее хорошо подходят неразрушающие методы на базе рентгеновского или синхротронного источника – компьютерная томография (КТ) или малоугловое рассеяние (МУРР). Состояние структуры можно охарактеризовать с использованием набора геометрических параметров, таких как пористость (общая, закрытая), количество отдельных пор, распределение пор по размерам, площадь поверхности пор и др. а также на их основе получить параметры функциональные (физические) – связность порового пространства, фильтрационные свойства поро-сетевой структуры в данном масштабе и др. Под реконструкцией объемной структуры порового пространства чаще всего понимается технический процесс преобразования теневых проекций в томографические срезы, и сборка объемной модели на их основе. Так же этот термин используется для другого, более сложного процесса – восстановления максимально приближенной структуры порового пространства к естественной по имеющимся геометрическим параметрам и физическим свойствам. Это возможно с использованием корреляционных функций и широкого набора исходных данных, полученных при разном пространственном разрешении. Компьютерная томография применяется в диапазоне пространственных разрешений примерно от 0.5 мм до 200-300 нм, малоугловое рассеяние работает в нанометровом диапазоне вплоть до 1 нм. Но при этом метод не дает информации о форме объектов. К сожалению, оба метода ограничены не только разрешением, но размерами исследуемого объекта. Методом КТ крупные объекты можно исследовать только с грубым разрешением, даже не всегда охватывающем все градации макропористости. Для исследования мезо- и микропор объем образца необходимо очень сильно уменьшить. Для МУРР требуется частица почвы размером около 1 мм. Возможность определения морфометрических показателей по данным этих методов в условном объеме почвы ставит ряд вопросов – точность их определения, возможность экстраполировать значения показателей на больший объем или масштаб при ограниченности томографического разрешения. Попытка ответить на эти вопросы привели к появлению ряда исследований REV (минимального репрезентативного объема) или фактически – оценки зависимости динамичности ряда морфометрических показателей от объема томографических данных в масштабе одного и того же горизонта исследуемой почвы. Как и следовало ожидать, да объемных показателей (типа общей пористости) объем нужен наименьший, для количественных – гораздо больший. Так же авторами отмечалось, что в некоторых типах почв или горизонтов со сложнейшей структурой определение REV невозможно даже приблизительно (например, верхние горизонты лесных почв). Помимо показателей поровое пространство по КТ данным любого пространственного разрешения всегда можно визуализировать как объемный объект. Это удобно для образовательных целей, когда есть необходимость показать различия в структуре на разных иерархически уровнях или, например, показать некоторые проблемы, связанные с эксплуатацией почв. Такие как техногенное поверхностное уплотнение. Уплотнение прекрасно видно в монолитах почвы диаметром 2 см и разрешении 16 мкм (в сравнении с целинной почвой), однако агрегаты, снятые с разрешением 1-2 мкм будут структурно неотличимы. Проблема ограниченности разрешения томографической съемки может быть решена с развитием технологий super resolution – повышения разрешения КТ-снимком с использованием данных макро и микротомографии. В перспективе это может послужить основой для создания многомасштабной цифровой модели почвы в масштабе от метра до нанометра.

Работа выполнена при поддержке РНФ, проект 23-74-00069.