Благодарим вас за посещение сайта Nature.com. Вы используете версию браузера с ограниченной поддержкой CSS. Для наилучшего взаимодействия с сайтом мы рекомендуем использовать обновленную версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). Кроме того, для обеспечения постоянной поддержки мы отображаем сайт без стилей и JavaScript.
Отображает карусель из трех слайдов одновременно. Используйте кнопки «Предыдущий» и «Следующий», чтобы переключаться между тремя слайдами за раз, или используйте ползунки в конце, чтобы переключаться между тремя слайдами за раз.
В пресноводных средах часто наблюдается ускоренная коррозия углеродистых и нержавеющих сталей. В данном исследовании было проведено 22-месячное исследование в пресноводном резервуаре с использованием девяти марок стали. Ускоренная коррозия наблюдалась в углеродистых и хромистых сталях, а также в чугуне, в то время как в нержавеющей стали видимой коррозии не наблюдалось даже после 22 месяцев. Анализ микробного сообщества показал, что в процессе общей коррозии на ранней стадии коррозии обогащались Fe(II)-окисляющие бактерии, на стадии развития коррозии – Fe(III)-редуцирующие бактерии, а на заключительной стадии коррозии продукта – сульфатредуцирующие бактерии. Напротив, бактерии Beggiatocaea были особенно многочисленны в стали с 9% Cr, подвергнутой локализованной коррозии. Состав микробных сообществ также отличался от состава микробных сообществ в образцах воды и донных отложений. Таким образом, по мере развития коррозии микробное сообщество претерпевает резкие изменения, а зависимый от железа микробный энергетический метаболизм создает среду, способствующую обогащению других микроорганизмов.
Металлы могут разрушаться и корродировать под воздействием различных физических и химических факторов окружающей среды, таких как pH, температура и концентрация ионов. Кислые условия, высокие температуры и концентрация хлоридов особенно влияют на коррозию металлов1,2,3. Микроорганизмы в природной и искусственной среде часто влияют на износ и коррозию металлов, что проявляется в виде микробной коррозии (МИК)4,5,6,7,8. МИК часто встречается в таких средах, как трубы и резервуары внутри помещений, в металлических щелях и в почве, где она появляется внезапно и быстро развивается. Поэтому мониторинг и раннее обнаружение МИК очень затруднены, и анализ МИК обычно проводится после коррозии. Было опубликовано множество исследований случаев МИК, в которых сульфатредуцирующие бактерии (СРБ) часто обнаруживались в продуктах коррозии9,10,11,12,13. Однако остается неясным, способствуют ли СРБ инициированию коррозии, поскольку их обнаружение основано на анализе после коррозии.
В последнее время, помимо йодоокисляющих бактерий21, были обнаружены различные железоразлагающие микроорганизмы, такие как железоразлагающие сульфатредуцирующие бактерии14, метаногены15,16,17, нитратредуцирующие бактерии18, железоокисляющие бактерии19 и ацетогены20. В анаэробных или микроаэробных лабораторных условиях большинство из них вызывают коррозию железа нулевой валентности и углеродистой стали. Кроме того, механизмы их коррозии предполагают, что железокоррозионные метаногены и сульфатредуцирующие бактерии способствуют коррозии, собирая электроны с железа нулевой валентности с помощью внеклеточных гидрогеназ и мультигемовых цитохромов соответственно22,23. Микробиологическая коррозия делится на два типа: (i) химическая микробиологическая коррозия (ХМЦ), представляющая собой косвенную коррозию, вызываемую микробными организмами, и (ii) электрическая микробиологическая коррозия (ЭМЦ), представляющая собой прямую коррозию, вызванную истощением электронов в металле24. ЭМИ, опосредованная внеклеточным переносом электронов (ВПЭ), представляет большой интерес, поскольку микроорганизмы со свойствами ВПЭ вызывают более быструю коррозию, чем микроорганизмы без ВПЭ. В то время как лимитирующим фактором реакции КМИ в анаэробных условиях является образование H2 посредством восстановления протонов (H+), ЭМИ протекает через метаболизм ВПЭ, который не зависит от образования H2. Механизм ВПЭ у различных микроорганизмов связан с эффективностью микробного клеточного топлива и электробиосинтеза25,26,27,28,29. Поскольку условия культивирования этих коррозионных микроорганизмов отличаются от условий в естественной среде, неясно, отражают ли наблюдаемые процессы микробной коррозии коррозию на практике. Поэтому трудно наблюдать механизм ММИ, вызываемый этими коррозионными микроорганизмами в естественной среде.
Развитие технологии секвенирования ДНК облегчило изучение деталей микробных сообществ в природных и искусственных средах. Например, микробный профилирование на основе последовательности гена 16S рРНК с использованием секвенаторов нового поколения применяется в области микробной экологии30,31,32. Опубликовано множество исследований МИК, в которых подробно описаны микробные сообщества в почвенной и морской среде13,33,34,35,36. Помимо сульфатредуцирующих бактерий (СРБ), в образцах, полученных в результате коррозии, также сообщалось об обогащении Fe(II)-окисляющими (FeOB) и нитрифицирующими бактериями, например, FeOB, такими как Gallionella spp. и Dechloromonas spp., и нитрифицирующими бактериями, такими как Nitrospira spp., в углеродистых и медьсодержащих сталях в почвенной среде33. Аналогичным образом, в морской среде в течение нескольких недель наблюдалась быстрая колонизация углеродистой стали железоокисляющими бактериями, принадлежащими к классам Zetaproteobacteria и Betaproteobacteria 36. Эти данные указывают на вклад этих микроорганизмов в коррозию. Однако во многих исследованиях продолжительность и экспериментальные группы ограничены, и мало что известно о динамике микробных сообществ в процессе коррозии.
В данном исследовании мы изучаем микробиологическую коррозию углеродистой стали, хромистой стали, нержавеющей стали и чугуна с помощью погружения в аэробную пресноводную среду с историей микробиологических событий. Образцы отбирались через 1, 3, 6, 14 и 22 месяца, и изучалась скорость коррозии каждого металла и микробного компонента. Наши результаты позволяют получить представление о долгосрочной динамике микробных сообществ в процессе коррозии.
Как показано в таблице 1, в данном исследовании было использовано девять металлов. Десять образцов каждого материала были погружены в бассейн с пресной водой. Качество технологической воды было следующим: 30 ppm Cl-, 20 мСм м-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, мутность 1 ppm и pH 7,4. Концентрация растворенного кислорода (ДО) в нижней части лестницы для отбора проб составляла приблизительно 8,2 ppm, а температура воды колебалась от 9 до 23°C в зависимости от сезона.
Как показано на рисунке 1, после 1 месяца погружения в среды чугуна ASTM A283, ASTM A109 (состояние № 4/5), ASTM A179 и ASTM A395 на поверхности углеродистой стали наблюдались коричневые продукты коррозии в виде генерализованной коррозии. Потеря веса этих образцов увеличивалась со временем (дополнительная таблица 1), а скорость коррозии составляла 0,13–0,16 мм в год (рис. 2). Аналогично, генерализованная коррозия наблюдалась в сталях с низким содержанием хрома (1% и 2,25%) со скоростью коррозии около 0,13 мм/год (рисунки 1 и 2). В отличие от этого, сталь с 9% хрома демонстрирует локализованную коррозию, которая происходит в зазорах, образованных прокладками. Скорость коррозии этого образца составляет около 0,02 мм/год, что значительно ниже, чем у стали с генерализованной коррозией. В отличие от них, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, а расчетная скорость коррозии составляет <0,001 мм в год. В отличие от них, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, а расчетные показатели скорости ускорения составляют <0,001 мм в год. Напротив, нержавеющие стали типов 304 и 316 не постоянно проявляют дефекты, при этом расчетная скорость калибровки составляет <0,001 мм/год. В отличие от них, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, а расчетная скорость коррозии составляет <0,001 мм/год.<0,001 мм·год.<0,001 мм·год. Напротив, нержавеющие стали типа 304 и -316 не наблюдаются изменения с расчетной скоростью обработки <0,001 мм/год. В отличие от них, нержавеющие стали типов 304 и -316 не показали видимой коррозии, а расчетная скорость коррозии составила <0,001 мм/год.
На рисунке представлены макроскопические изображения каждого образца (высота 50 мм × ширина 20 мм) до и после удаления окалины. 1 метр, 1 месяц; 3 метра, 3 месяца; 6 метров, 6 месяцев; 14 метров, 14 месяцев; 22 метра, 22 месяца; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, состояние 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, сталь 1% Cr; 3C, сталь 2,25% Cr; 9C, сталь 9% Cr; S6, нержавеющая сталь 316; S8, нержавеющая сталь типа 304.
Скорость коррозии рассчитывалась с использованием потери веса и времени погружения. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, закаленная 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, сталь 1% Cr, 3 C, сталь 2,25% Cr, 9 C, сталь 9% Cr, S6, нержавеющая сталь типа 316; S8, нержавеющая сталь типа 304.
На рис. 1 также показано, что продукты коррозии углеродистой стали, низкохромистой стали и чугуна продолжают развиваться после 3 месяцев погружения. Общая скорость коррозии постепенно снизилась до 0,07–0,08 мм/год после 22 месяцев (рис. 2). Кроме того, скорость коррозии стали с содержанием хрома 2,25% была немного ниже, чем у других корродированных образцов, что указывает на способность хрома ингибировать коррозию. Помимо общей коррозии, согласно ASTM A179, после 22 месяцев наблюдалась локализованная коррозия с глубиной около 700 мкм (рис. 3). Скорость локальной коррозии, рассчитанная с использованием глубины коррозии и времени погружения, составляет 0,38 мм/год, что примерно в 5 раз быстрее, чем общая коррозия. Скорость коррозии сплава ASTM A395 может быть занижена, поскольку продукты коррозии не полностью удаляют окалину после 14 или 22 месяцев погружения в воду. Однако разница должна быть минимальной. Кроме того, на поверхности корродированной низкохромистой стали было обнаружено множество мелких ямок.
Полное изображение (масштабная линейка: 10 мм) и локализованная коррозия (масштабная линейка: 500 мкм) стали ASTM A179 и стали с 9% Cr на максимальной глубине, полученные с помощью 3D-лазерного микроскопа. Красные круги на полном изображении указывают на измеренную локализованную коррозию. Полный вид стали с 9% Cr с обратной стороны показан на рисунке 1.
Как показано на рис. 2, для стали с 9% Cr коррозия не наблюдалась в течение 3-14 месяцев, а скорость коррозии была практически нулевой. Однако после 22 месяцев наблюдалась локализованная коррозия (рис. 3) со скоростью коррозии 0,04 мм/год, рассчитанной по потере веса. Максимальная глубина локализованной коррозии составляет 1260 мкм, а скорость локализованной коррозии, оцененная с использованием глубины коррозии и времени погружения (22 месяца), составляет 0,68 мм/год. Поскольку точная точка начала коррозии неизвестна, скорость коррозии может быть выше.
Напротив, видимой коррозии на нержавеющей стали не наблюдалось даже после 22 месяцев погружения. Хотя до удаления окалины на поверхности были обнаружены несколько коричневых частиц (рис. 1), они были слабо прикреплены и не являлись продуктами коррозии. Поскольку металл вновь появляется на поверхности нержавеющей стали после удаления окалины, скорость коррозии практически равна нулю.
Для изучения различий и динамики микробных сообществ во времени в продуктах коррозии и биопленках на металлических поверхностях, в воде и отложениях было проведено секвенирование ампликонов. В общей сложности было получено 4 160 012 прочтений, от 31 328 до 124 183 прочтений.
Индексы Шеннона для проб воды, взятых из водозаборов и прудов, варьировались от 5,47 до 7,45 (рис. 4а). Поскольку очищенная речная вода используется в качестве промышленной воды, микробное сообщество может меняться в зависимости от сезона. В отличие от этого, индекс Шеннона для проб донных отложений составлял около 9, что значительно выше, чем у проб воды. Аналогично, пробы воды имели более низкие расчетные индексы Chao1 и наблюдаемые операционные таксономические единицы (OTU), чем пробы донных отложений (рис. 4б, в). Эти различия статистически значимы (тест Тьюки-Крамера; p-значения < 0,01, рис. 4d), что указывает на то, что микробные сообщества в образцах осадка более сложны, чем в образцах воды. Эти различия статистически значимы (тест Тьюки-Крамера; p-значения < 0,01, рис. 4d), что указывает на то, что микробные сообщества в образцах осадка более сложны, чем в образцах воды. Эти различия статистических значимостей (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что свидетельствует о том, что микробные сообщества в выборках донных отложений более сложны, чем в выборках воды. Эти различия статистически значимы (тест Тьюки-Крамера; значения p < 0,01, рис. 4d), что указывает на то, что микробные сообщества в образцах осадка более сложны, чем в образцах воды.这些差异具有统计学意义（Тьюки-Крамер 检验；p 值< 0.01，图4d），表明沉积物样本中的微生物群落比水样中的微生物群落更复杂。这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0.01 ， 图 4d) 表明 沉积物样本 中 的 微生物中 中 的 群落更。。。。。。。。。 Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что позволяет предположить, что микробные сообщества в выборках донных отложений были более сложны, чем в образцах воды. Эти различия были статистически значимыми (тест Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что свидетельствует о том, что микробные сообщества в образцах осадка были более сложными, чем в образцах воды.Поскольку вода в переливном бассейне постоянно обновляется, а осадки оседают на дно бассейна без механического воздействия, это различие в микробном разнообразии должно отражать экосистему в бассейне.
a) Индекс Шеннона, b) Наблюдаемая операционная таксономическая единица (OTU) и c) Индекс поглощения Chao1 (n=6) и бассейн (n=5). Вода, осадок (n=3), ASTM A283 (S: n=5), ASTM A109 Temper #4/5 (SP: n=5), ASTM A179 (B: n=5), ASTM A395 (FC: n=5), 1% (1 C: n=5), 2,25% (3 C: n=5) и 9% (9 C: n=5) хромовых сталей, а также нержавеющие стали типа 316 (S6: n=5) и -304 (S8: n=5) показаны в виде прямоугольных и усовых диаграмм. d) Значения p для индексов Шеннона и Chao1, полученные с использованием дисперсионного анализа (ANOVA) и множественных сравнительных тестов Тьюки-Крамера. Красный фон обозначает пары с p-значениями < 0,05. Красный фон обозначает пары с p-значениями < 0,05. Красные фоны представлены парами со значениями p<0,05. Красный фон обозначает пары с p-значениями < 0,05.红色背景代表p 值< 0,05 的对.红色背景代表p 值< 0,05 的对. Красные фоны представлены парами с p-значениями <0,05. Красный фон обозначает пары с p-значениями <0,05.Линия посередине прямоугольника, верхняя и нижняя границы прямоугольника, а также «усы» представляют собой медиану, 25-й и 75-й процентили, а также минимальное и максимальное значения соответственно.
Индексы Шеннона для углеродистой стали, низкохромистой стали и чугуна были аналогичны индексам для образцов воды (рис. 4а). Напротив, индексы Шеннона для образцов нержавеющей стали значительно выше, чем для корродированных сталей (значения p < 0,05, рис. 4d), и аналогичны индексам для отложений. Напротив, индексы Шеннона для образцов нержавеющей стали значительно выше, чем для корродированных сталей (значения p < 0,05, рис. 4d), и аналогичны индексам для отложений. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у корродированных сталей (значения p<0,05, рис. 4г), и аналогичные индексам отложений. Напротив, индексы Шеннона для образцов нержавеющей стали значительно выше, чем для корродированных сталей (значения p < 0,05, рис. 4d), и аналогичны индексам отложений.相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数（p 值< 0,05, 图4d), 与沉积物相似.相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数（p 值< 0,05, 图4d), 与沉积物〸 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем у корродированной стали (значение p <0,05, рис. 4г), как и у отложений. Напротив, индекс Шеннона для образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем для корродированной стали (значение p < 0,05, рис. 4d), как и для отложений.Напротив, индекс Шеннона для сталей с 9% Cr варьировался от 6,95 до 9,65. Эти значения были значительно выше у некорродированных образцов через 1 и 3 месяца, чем у корродированных образцов через 6, 14 и 22 месяца (рис. 4а). Кроме того, индексы Chao1 и наблюдаемые ОТU для стали с 9% Cr выше, чем у корродированных образцов и образцов воды, и ниже, чем у некорродированных образцов и образцов осадка (рис. 4b, c), и эти различия статистически значимы (значения p < 0,01, рис. 4d). Кроме того, индексы Chao1 и наблюдаемые ОТU для стали с 9% Cr выше, чем у корродированных образцов и образцов воды, и ниже, чем у некорродированных образцов и образцов осадка (рис. 4b, c), и эти различия статистически значимы (значения p < 0,01, рис. 4d).Кроме того, значения Chao1 и наблюдаемые OTU в сталях с 9% Cr выше, чем в корродированных и водных образцах, и ниже, чем в некорродированных и осадочных образцах (рис. 4b, c), и эти различия статистически значимы.(р-значения <0,01, рис. 4д). (значения p < 0,01, рис. 4d).此外, 9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样品和水样,低于未腐蚀样品和沉积物样品（图4b，c），差异具有统计学意义（p值< 0,01, 图4d).此外 ， 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低于 腐蚀 样品 和沉积物 （图 图 4b ， c) 差异 统计学 意义 （p 值 <0,01 图 图 图 图 图 图 图 图 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 4d) Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые OTU стали с изменением 9 % Cr были выше, чем у корродированных и фазовых образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4б,в), а разница была случайной величиной (p-значение < 0,01, рис. 4г). Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые ОТU стали с 9% Cr были выше, чем у корродированных и водных образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), причем разница была статистически значимой (p-значение < 0,01, рис. 4d).Эти результаты показывают, что микробное разнообразие в продуктах коррозии ниже, чем в биопленках на некорродированных металлах.
На рис. 5а показан график анализа главных координат (PCoA), основанный на невзвешенном расстоянии UniFrac для всех образцов, с тремя основными кластерами. Микробные сообщества в образцах воды значительно отличались от других сообществ. Микробные сообщества в отложениях также включали сообщества нержавеющей стали, тогда как в образцах с коррозией они были широко распространены. В отличие от этого, карта для стали с 9% Cr разделена на некорродированные и корродированные кластеры. Следовательно, микробные сообщества на металлических поверхностях и продуктах коррозии значительно отличаются от таковых в воде.
Диаграмма анализа главных координат (PCoA), построенная на основе невзвешенных расстояний UniFrac для всех образцов (a), воды (b) и металлов (c). Кружками выделены все кластеры. Траектории представлены линиями, соединяющими периоды отбора проб. 1 метр, 1 месяц; 3 метра, 3 месяца; 6 метров, 6 месяцев; 14 метров, 14 месяцев; 22 метра, 22 месяца; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, состояние 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, сталь 1% Cr; 3C, сталь 2,25% Cr; 9C, сталь 9% Cr; S6, нержавеющая сталь 316; S8, нержавеющая сталь типа 304.
При расположении в хронологическом порядке графики PCoA для образцов воды имели круговую структуру (рис. 5b). Этот циклический переход может отражать сезонные изменения.
Кроме того, на графиках PCoA образцов металла наблюдались только два кластера (корродированные и некорродированные), где (за исключением стали с 9% хрома) также наблюдалось изменение микробного сообщества от 1 до 22 месяцев (рис. 5c). Также, поскольку переходы в корродированных образцах были более выраженными, чем в некорродированных, наблюдалась корреляция между изменениями микробных сообществ и прогрессированием коррозии. В образцах стали с 9% Cr были выявлены два типа микробных сообществ: точки через 1 и 6 месяцев, расположенные вблизи нержавеющей стали, и другие (3, 14 и 22 месяца), расположенные вблизи корродированной стали. Образцы через 1 месяц и образцы, использованные для экстракции ДНК через 6 месяцев, не подвергались коррозии, в то время как образцы через 3, 14 и 22 месяца подвергались коррозии (дополнительный рисунок 1). Таким образом, микробные сообщества в образцах, подвергшихся коррозии, отличались от сообществ в воде, осадке и некорродированных образцах и изменялись по мере развития коррозии.
В образцах воды основными типами микробных сообществ были Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) и Actinobacteria (0–17,7%), их относительная численность варьировалась от образца к образцу (рис. 6). Например, относительная численность Bacteroidetes в прудовой воде была выше, чем в сточной воде. На это различие может влиять время пребывания воды в переливном резервуаре. Эти типы также наблюдались в образцах донных отложений, но их относительная численность значительно отличалась от таковой в образцах воды. Кроме того, относительное содержание Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) и Desulfobacterota (1,5–4,4%) было выше, чем в образцах воды. Поскольку почти все виды Desulfobacterota относятся к SRB37, среда в осадке должна быть анаэробной. Хотя бактерии рода Desulfobacterota потенциально могут влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительная численность в воде бассейна составляет <0,04%. Хотя бактерии рода Desulfobacterota потенциально могут влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительная численность в воде бассейна составляет <0,04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, вызывают коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их содержание в воде бассейна составляет <0,04%. Хотя бактерии рода Desulfobacterota могут оказывать влияние на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительная численность в воде бассейна составляет <0,04%.Оптимальное соотношение <0,04%. <0,04%. Хотя тип Desulfobacillus может вызывать коррозию, риск должен быть весьма низким, поскольку их относительное содержание в воде бассейна составляет <0,04%. Хотя бактерии рода Desulfobacillus могут влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительная численность в воде бассейна составляет <0,04%.
RW и Air обозначают пробы воды из водозабора и водосборного бассейна соответственно. Sediment-C, -E, -W — это пробы осадка, взятые из центра дна бассейна, а также с восточной и западной сторон. 1 метр, 1 месяц; 3 метра, 3 месяца; 6 метров, 6 месяцев; 14 метров, 14 месяцев; 22 метра, 22 месяца; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, состояние 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, сталь 1% Cr; 3C, сталь 2,25% Cr; 9C, сталь 9% Cr; S6, нержавеющая сталь 316; S8, нержавеющая сталь типа 304.
На уровне рода во все сезоны наблюдалась несколько более высокая доля (6–19%) неклассифицированных бактерий, принадлежащих к семейству Trichomonadaceae, а также Neosphingosine, Pseudomonas и Flavobacterium. В качестве минорных основных компонентов их доли варьируются (рис. 1). 7a и b). В притоках относительная численность Flavobacterium, Pseudovibrio и Rhodoferrobacter была выше только зимой. Аналогично, более высокое содержание Pseudovibrio и Flavobacterium наблюдалось в зимней воде бассейна. Таким образом, микробные сообщества в пробах воды варьировались в зависимости от сезона, но не претерпели резких изменений в течение периода исследования.
a) Забираемая вода, b) вода из бассейна, c) ASTM A283, d) ASTM A109 температура #4/5, e) ASTM A179, f) ASTM A395, g) 1% Cr, h) 2,25% Cr и i) сталь с 9% Cr, j) сталь типа 316 и нержавеющая сталь K-304.
Протеобактерии составляли основную часть всех образцов, но их относительная численность в корродированных образцах уменьшалась по мере прогрессирования коррозии (рис. 6). В образцах ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 и с содержанием Cr 1% и 2,25% относительная численность протеобактерий снизилась с 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%, 83,8% до 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% и 31,3% соответственно. Напротив, относительная численность бактерий рода Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. Напротив, относительная численность бактерий рода Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития болезни. Напротив, относительная численность бактерий рода Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии.<0,1% и 12,5-45,9%.相反, 随着腐蚀的进展, 脱硫杆菌的相对丰度从<0,1% Напротив, относительная численность Desulfobacillus постепенно увеличивалась с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития болезни. Напротив, относительная численность бактерий рода Desulfobacillus постепенно увеличивалась с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии.Таким образом, по мере развития коррозии бактерии рода Proteobactereira были вытеснены бактериями рода Desulfobacterota.
В отличие от этого, биопленки на некорродированной нержавеющей стали содержали одинаковые пропорции различных бактерий: протеобактерии (29,4–34,1%), планктомицеты (11,7–18,8%), нитроспироты (2,9–20,9%), ацидобактерии (8,6–18,8%), бактериоидоты (3,1–9,2%) и хлорофлекси (2,1–8,8%). Было обнаружено, что доля нитроспирот в образцах нержавеющей стали постепенно увеличивалась (рис. 6). Эти соотношения аналогичны соотношениям в образцах осадка, что соответствует графику PCoA, показанному на рис. 5a.
В образцах стали, содержащих 9% Cr, наблюдались два типа микробных сообществ: микробные сообщества через 1 и 6 месяцев были аналогичны тем, что встречались в образцах донных отложений, в то время как доля протеобактерий в образцах коррозии 3, 14 и 22 месяцев значительно увеличилась. Кроме того, эти два типа микробных сообществ в образцах стали с 9% Cr соответствовали разделенным кластерам на диаграмме PCoA, показанной на рис. 5c.
На уровне рода было обнаружено более 2000 операционных таксономических единиц (OTU), содержащих неидентифицированные бактерии и археи. На уровне рода было обнаружено более 2000 операционных таксономических единиц (OTU), содержащих неидентифицированные бактерии и археи.На уровне рода было обнаружено более 2000 операционных таксономических единиц (OTU), содержащих неопознанные бактерии и археи.На уровне рода было обнаружено более 2000 ОТU, содержащих неуточненные бактерии и археи. Среди них мы сосредоточились на 10 ОТU с высокой численностью в каждом образце. Это охватывает 58,7-70,9%, 48,7-63,3%, 50,2-70,7%, 50,8-71,5%, 47,2-62,7%, 38,4-64,7%, 12,8-49,7%, 17,5-46,8% и 21,8-45,1% в сталях ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, сталях с содержанием хрома 1%, 2,25% и 9%, а также нержавеющих сталях типов 316 и 304.
В коррозионных образцах, таких как ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 и стали с содержанием Cr 1% и 2,25%, на ранней стадии коррозии (1 месяц и 3 месяца, рис. 7c-h) наблюдалось относительно высокое содержание дехлорированных монолитов с окислительными свойствами Fe(II). Доля Dechloromonas со временем уменьшалась, что соответствовало уменьшению количества Proteobacteria (рис. 6). Кроме того, доля бактерий рода Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Кроме того, доля бактерий рода Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Кроме того, доля Dechromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Кроме того, доля бактерий рода Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%.<1%。< 1% Кроме того, доля дехлормонад в биопленке некорродированных образцов была <1%. Кроме того, доля бактерий рода Dechloromonas в биопленке некорродированных образцов составляла <1%.Таким образом, среди продуктов коррозии на ранней стадии коррозии значительно увеличивается концентрация бактерии Dechloromonas.
Напротив, в сталях ASTM A179, ASTM A109 закаленной #4/5, ASTM A179, ASTM A395 и сталях с содержанием хрома 1% и 2,25% доля сульфатредуцирующих бактерий вида Desulfovibrio в конечном итоге увеличилась через 14 и 22 месяца (рис. 7c–h). Содержание десульфофибрина было очень низким или не обнаруживалось на ранних стадиях коррозии в образцах воды (рис. 7a, b) и в некорродированных биопленках (рис. 7j, j). Это убедительно свидетельствует о том, что Desulfovibrio предпочитает среду образующихся продуктов коррозии, хотя они не влияют на коррозию на ранних стадиях.
Бактерии, восстанавливающие Fe(III) (RRB), такие как Geobacter и Geothrix, были обнаружены в продуктах коррозии на средних стадиях коррозии (6 и 14 месяцев), но их доля на поздних стадиях (22 месяца) относительно низка (рис. 7c, eh). Род Sideroxydans, обладающий свойствами окисления Fe(II), показал аналогичное поведение (рис. 7f), поэтому доля FeOB, IRB и SRB была выше только в корродированных образцах. Это убедительно свидетельствует о том, что изменения в этих микробных сообществах связаны с прогрессированием коррозии.
В стали с 9% Cr, подвергшейся коррозии через 3, 14 и 22 месяца, наблюдалась более высокая доля представителей семейства Beggiatoacea (8,5–19,6%), которые могут проявлять сероокисляющие свойства, а также сидероксиданов (8,4–13,7%) (рис. 1). 7i) Кроме того, в большем количестве (3,4% и 8,8%) через 3 и 14 месяцев были обнаружены бактерии Thiomonas, сероокисляющие бактерии (СОБ). В отличие от этого, в некорродированных образцах 6-месячного возраста наблюдались нитратредуцирующие бактерии Nitrospira (12,9%). Увеличение доли Nitrospira также наблюдалось в биопленках на нержавеющей стали после погружения (рис. 7j,k). Таким образом, микробные сообщества некорродированных сталей с 9% Cr 1- и 6-месячного возраста были аналогичны сообществам в биопленках нержавеющей стали. Кроме того, микробные сообщества стали с 9% хрома, подвергшейся коррозии через 3, 14 и 22 месяца, отличались от продуктов коррозии углеродистых и низкохромистых сталей, а также чугуна.
Развитие коррозии обычно происходит медленнее в пресной воде, чем в морской, поскольку концентрация хлорид-ионов влияет на коррозию металла. Однако некоторые нержавеющие стали могут корродировать в пресноводной среде38,39. Кроме того, первоначально предполагалась микробная коррозия, поскольку корродированный материал ранее наблюдался в бассейне с пресной водой, использованном в этом исследовании. В ходе долговременных исследований погружения были обнаружены различные формы коррозии, три типа микробных сообществ и изменение микробных сообществ в продуктах коррозии.
В данном исследовании в качестве пресноводной среды использовался закрытый резервуар с технической водой, взятой из реки с относительно стабильным химическим составом и сезонными колебаниями температуры воды в диапазоне от 9 до 23 °C. Следовательно, сезонные колебания микробных сообществ в образцах воды могут быть связаны с изменениями температуры. Кроме того, микробное сообщество в воде бассейна несколько отличалось от микробного сообщества в поступающей воде (рис. 5b). Вода в бассейне постоянно обновляется из-за перелива. Следовательно, содержание растворенного кислорода оставалось на уровне ~8,2 ppm даже на промежуточных глубинах между поверхностью бассейна и дном. Напротив, среда осадка должна быть анаэробной, поскольку он оседает и остается на дне резервуара, и микробная флора в нем (например, CRP) также должна отличаться от микробной флоры в воде (рис. 6). Поскольку образцы в бассейне находились дальше от осадка, они подвергались воздействию пресной воды только во время исследований погружения в аэробных условиях.
Общая коррозия наблюдается в углеродистой стали, низкохромистой стали и чугуне в пресноводных средах (рис. 1), поскольку эти материалы не обладают коррозионной стойкостью. Однако скорость коррозии (0,13 мм/год) в абиотических пресноводных условиях была выше, чем в предыдущих исследованиях40 (0,04 мм/год), и сопоставима со скоростью коррозии (0,02–0,76 мм/год) в присутствии микроорганизмов 1) Аналогично условиям пресной воды40,41,42. Эта ускоренная скорость коррозии является характерной чертой МИК (минимально индуцированной коррозии).
Кроме того, после 22 месяцев погружения в раствор под продуктами коррозии наблюдалась локализованная коррозия нескольких металлов (рис. 3). В частности, скорость локализованной коррозии, наблюдаемая в образце ASTM A179, примерно в пять раз выше, чем скорость обычной коррозии. Эта необычная форма коррозии и ускоренная скорость коррозии также наблюдались при коррозии на том же объекте. Таким образом, погружение, проведенное в данном исследовании, отражает коррозию на практике.
Среди исследованных металлов наиболее сильная коррозия наблюдалась у стали с 9% хрома, глубина коррозии составила >1,2 мм, что, вероятно, указывает на микробиологически индуцированную коррозию из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. Среди исследованных металлов наиболее сильная коррозия наблюдалась у стали с 9% хрома, глубина коррозии составила >1,2 мм, что, вероятно, указывает на микробиологически индуцированную коррозию из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии > 1,2 мм, что, вероятно, является МИК из-за ускоренной версии и аномальной формы версии. Среди исследованных металлов сталь с 9% хрома показала наиболее сильную коррозию с глубиной >1,2 мм, что, вероятно, является микроиндуцированной коррозией из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии.在所研究的金属中,9% Cr 钢的腐蚀最为严重,腐蚀深度>1,2 мм, дюйм, дюйм, дюйм, микрофон.Защитная пленка, 9% Cr Среди исследуемых материалов наиболее сильно корродировала сталь с содержанием Cr 9%, с глубиной коррозии >1,2 мм, скорее всего, МИК из-за ускоренных и аномальных форм коррозии. Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% хрома, глубина коррозии составила >1,2 мм, что, скорее всего, свидетельствует о микробиологически индуцированной коррозии вследствие ускоренных и аномальных форм коррозии.Поскольку сталь с 9% хрома используется в высокотемпературных условиях, ее коррозионное поведение изучалось ранее43,44, но о случаях микробиологической коррозии для этого металла ранее не сообщалось. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в условиях высоких температур (>100 °C), микробиологическую коррозию в стали с 9% хрома в таких случаях можно игнорировать. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в условиях высоких температур (>100 °C), микробиологическую индуцированную коррозию (MIC) в стали с 9% хрома в таких случаях можно игнорировать. Поскольку многие проявления, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной среде (>100 °С), МИК в стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в условиях высоких температур (>100°C), микробиологическую коррозию стали с 9% хрома в таких случаях можно игнорировать.由于除超嗜热菌外, 许多微生物在高温环境(>100 °C) 9% Cr и MIC. 9% Cr 颃(>100 °C) Поскольку многие наблюдения, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемпературных средах (>100 °С), МПК в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, не проявляют активности в условиях высоких температур (>100 °C), микробиологическую изоляцию в стали с 9% хрома в данном случае можно игнорировать.Однако при использовании стали с 9% содержанием хрома в условиях средних температур необходимо принимать различные меры для снижения микробиологически индуцированного коррозии.
В отложениях некорродированного материала и в продуктах коррозии в биопленках по сравнению с водой наблюдались различные микробные сообщества и их изменения, а также ускоренная коррозия (рис. 5-7), что убедительно свидетельствует о том, что эта коррозия является своего рода микрофоном. Рамирес и др.¹³ сообщают о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB = > SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в ходе которого сероводород, продуцируемый вторично обогащенными SRB, в конечном итоге может способствовать обогащению SOB. Рамирес и др.¹³ сообщают о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, когда сероводород, продуцируемый вторично обогащенными SRB, в конечном итоге может способствовать обогащению SOB. Рамирес и др.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, когда сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, обеспечить обогащение SOB. Рамирес и др.¹³ сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в ходе которого сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, в конечном итоге может способствовать обогащению SOB. Рамирес 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(FeOB => SRB/IRB => SOB)，其中二次富集SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集。Ramirez - 13 лет, 个 - 超过 超过 6 个 - 月 海洋, 微生物 生态 系统 中 的 三, 转变 转变转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 其中 次 富集 srb产生 硫化氢 可能 最终 有助于 рыдание 的富集。 Ramirez et al.13 произошел о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в котором сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге обеспечить обогащение SOB. Рамирес и др.¹³ сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в ходе которого сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать обогащению SOB.Макбет и Эмерсон36 сообщили о первичном обогащении FeOB. Аналогично, в данном исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, однако микробные изменения по мере развития коррозии, наблюдаемые в углеродистых сталях и чугуне с содержанием 1% и 2,25% хрома в течение 22 месяцев, показывают следующую последовательность: FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). Аналогично, в данном исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, однако микробные изменения по мере развития коррозии, наблюдаемые в углеродистых сталях и чугуне с содержанием 1% и 2,25% хрома в течение 22 месяцев, выглядят следующим образом: FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). Точно так же в этом случае наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии регистрации, но микробные изменения по мере прогресса в странах, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и в обращении в течение 22 месяцев, представляют собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 и 8). Аналогично, в данном исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, однако микробные изменения по мере развития коррозии, наблюдаемые в углеродистых сталях и чугуне с содержанием 1% и 2,25% хрома в течение 22 месяцев, показывают следующую последовательность: FeOB => IRB => SRB (рисунки 7 и 8).FeOB 的富集, 1% и 2,25% Cr 22个月的铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进展而变化是FeOB => IRB => SRB（图7 和8).同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 1% 和 2.25% Cr 钢 超过22 个 的 铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 FEOB => IRB => SRB（图7和8）。 Аналогичным образом, в этом проведении наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях внесения, но микробиологические изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и в чугуне в течение 22 месяцев, были FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). Аналогичным образом, в данном исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, однако микробиологические изменения, наблюдаемые в углеродистых сталях и чугуне с содержанием хрома 1% и 2,25% в течение 22 месяцев, были следующими: FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8).Сульфатредуцирующие бактерии (СРБ) легко накапливаются в морской воде из-за высокой концентрации сульфатных ионов, но их накопление в пресноводных средах замедляется из-за низкой концентрации сульфатных ионов. Накопление СРБ в морской воде часто отмечалось10,12,45.
а) Органический углерод и азот посредством Fe(II)-зависимого энергетического метаболизма оксида железа (красные клетки [Dechloromonas sp.] и зеленые [Sideroxydans sp.] клетки) и Fe(III)-редуцирующих бактерий (серые клетки [Geothrix sp. и Geobacter sp.]) на ранней стадии коррозии, затем анаэробные сульфатредуцирующие бактерии (SRP) и гетеротрофные микроорганизмы обогащают зрелую стадию коррозии, потребляя накопленное органическое вещество. б) Изменения в микробных сообществах на коррозионностойких металлах. Фиолетовые, синие, желтые и белые клетки представляют бактерии из семейств Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea и других соответственно.
Что касается изменений в микробном сообществе и возможного обогащения сульфатредуцирующими бактериями (СРБ), то FeOB играют решающую роль на ранней стадии коррозии, а бактерии рода Dechloromonas могут получать энергию для роста за счет окисления Fe(II). Микроорганизмы могут выживать в средах, содержащих микроэлементы, но их рост не будет экспоненциальным. Однако используемый в данном исследовании погружной бассейн представляет собой переливной бассейн с притоком 20 м³/ч, который непрерывно подает микроэлементы, содержащие неорганические ионы. На ранних стадиях коррозии ионы железа высвобождаются из углеродистой стали и чугуна, и FeOB (такие как Dechloromonas) используют их в качестве источника энергии. Следовые количества углерода, фосфата и азота, необходимые для роста клеток, должны присутствовать в технологической воде в виде органических и неорганических веществ. Поэтому в этой пресноводной среде FeOB первоначально обогащаются на металлических поверхностях, таких как углеродистая сталь и чугун. Впоследствии бактерии, содержащие оксиды железа (IRB), могут расти и использовать органические вещества и оксиды железа в качестве источников энергии и конечных акцепторов электронов соответственно. В зрелых продуктах коррозии должны создаваться анаэробные условия, обогащенные азотом, благодаря метаболизму FeOB и IRB. Следовательно, SRB могут быстро расти и замещать FeOB и IRB (рис. 8а).
Недавно Тан и др. сообщили о коррозии нержавеющей стали бактериями Geobacter ferroreducens в пресноводных средах вследствие прямой передачи электронов от железа к микробам46. Учитывая EMIC, вклад микроорганизмов со свойствами EET имеет решающее значение. В данном исследовании основными микробными видами в продуктах коррозии являются сульфатредуцирующие бактерии (SRB), железоокисляющие бактерии (FeOB) и ионизирующие бактерии (IRB), которые должны обладать характеристиками EET. Следовательно, эти электрохимически активные микроорганизмы могут способствовать коррозии посредством EET, а состав их сообщества изменяется под влиянием различных ионных соединений по мере образования продуктов коррозии. Напротив, микробное сообщество в стали с 9% Cr отличалось от других сталей (рис. 8b). Через 14 месяцев, помимо обогащения FeOB, наблюдалось также обогащение такими бактериями, как Sideroxydans, SOB47, Beggiatoacea и Thiomonas (рис. 7i). Это изменение заметно отличается от изменений в других коррозионно-активных материалах, таких как углеродистая сталь, и может быть обусловлено ионами, богатыми хромом, растворенными в процессе коррозии. Примечательно, что Thiomonas обладает не только свойствами окисления серы, но и свойствами окисления Fe(II), системой переноса электронов (EET) и устойчивостью к тяжелым металлам48,49. Их численность может увеличиваться благодаря окислительной активности Fe(II) и/или прямому потреблению электронов металла. В предыдущем исследовании с использованием системы прерывистого мониторинга биопленок было обнаружено относительно высокое количество Beggiatoacea в биопленках на меди, что позволяет предположить, что эти бактерии могут быть устойчивы к токсичным металлам, таким как медь и хром. Однако источник энергии, необходимый Beggiatoacea для роста в этой среде, неизвестен.
В данном исследовании описаны изменения микробных сообществ в процессе коррозии в пресноводных средах. В одной и той же среде микробные сообщества различались по типу металла. Кроме того, наши результаты подтверждают важность железоокисляющих бактерий (FeOB) на ранних стадиях коррозии, поскольку зависимый от железа микробный энергетический метаболизм способствует формированию богатой питательными веществами среды, благоприятной для других микроорганизмов, таких как сульфатредуцирующие бактерии (SRB). Для снижения микробной коррозии в пресноводных средах необходимо ограничить обогащение FeOB и иридобактериальными бактериями (IRB).
В данном исследовании были использованы девять металлов, которые были обработаны в виде блоков размером 50 × 20 × 1–5 мм (толщина для стали ASTM 395 и 1%, 2,25% и 9% Cr: 5 мм; толщина для ASTM A283 и ASTM A179: 3 мм); ASTM A109 Temper 4/5 и нержавеющая сталь типов 304 и 316, толщина: 1 мм), с двумя отверстиями диаметром 4 мм. Хромовые стали полировали наждачной бумагой, а другие металлы – наждачной бумагой зернистостью 600 перед погружением. Все образцы подвергали ультразвуковой обработке в 99,5% этаноле, высушивали и взвешивали. Для расчета скорости коррозии и анализа микробиома использовали по десять образцов каждого металла. Каждый образец фиксировали в виде лестницы с помощью стержней и прокладок из ПТФЭ (φ 5 × 30 мм, дополнительный рис. 2).
Объем бассейна составляет 1100 кубических метров, а глубина — около 4 метров. Приток воды составлял 20 м³/ч, перелив осуществлялся, и качество воды не менялось в зависимости от сезона (дополнительный рисунок 3). Лестница для отбора проб опускается на стальную проволоку длиной 3 м, подвешенную посередине резервуара. Два комплекта лестниц извлекались из бассейна через 1, 3, 6, 14 и 22 месяца. Пробы с одной лестницы использовались для измерения потери веса и расчета скорости коррозии, а пробы с другой лестницы — для анализа микробиома. Растворенный кислород в погружном резервуаре измерялся у поверхности и дна, а также в середине с помощью датчика растворенного кислорода (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Продукты коррозии и биопленки на образцах удаляли путем соскабливания пластиковым скребком или протирания ватным тампоном, а затем очищали в 99,5% этаноле с использованием ультразвуковой ванны. Затем образцы погружали в раствор Кларка в соответствии со стандартом ASTM G1-0351. Все образцы взвешивали после завершения сушки. Рассчитайте скорость коррозии (мм/год) для каждого образца, используя следующую формулу:
где K — константа (8,76 × 10⁴), T — время экспозиции (ч), A — общая площадь поверхности (см²), W — потеря массы (г), D — плотность (г·см⁻³).
После взвешивания образцов были получены трехмерные изображения нескольких образцов с помощью трехмерного измерительного лазерного микроскопа (LEXT OLS4000, Olympus, Токио, Япония).