Name: measuring carbon-based contaminant mineralization using combined co2 flux and radiocarbon analyses
Uploaded: 2016-10-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 19 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses at JoVE.com

Financial support for this research was provided by the Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP ER-2338; Andrea Leeson, Program Manager). Michael Pound, Naval Facilities Engineering Command, Southwest provided logistical and site support for the project. Brian White, Erika Thompson and Richard Wong (CBI Federal Services, Inc) provided on-site logistical support, historical site perspective and relevant reports. Todd Wiedemeier (T.H. Wiedemeier &amp; Associates) provided documentation, discussion and historical site perspectives.

1. Vorbereitung und Feldinstallation <ol><li> Procure notwendigen Feldgeräte; Pumpen, Energie (Batterien, Solarenergie, Transformatoren usw.), Schläuche, auch Kappen, Armaturen, Probengefäße und Flaschen, Sonden (pH, Eh, etc.) und Niederspannungs - Pumpen. </li><li> Siegel batteriebetriebene Luftpumpen. Bohren Sie ein Loch in das Pumpengehäuse (Größe 53) und Weg ein kurzes Stück (3-5 &quot;) von 1/16&quot; Kunststoff gasundurchlässigen Schlauch (zum Beispiel PFA). <ol><li> Dichten Sie alle äußeren Bereiche der Pumpe (um den unteren Gummigehäuse) mit Dichtungsmasse durch einen Mantel aus Silikon-Dichtstoff gefolgt. </li><li> Druckprüfung der Pumpen durch sanft in das Gehäuse Schlauch bläst, während der Abfluss blockiert. Überprüfen Sie visuell auf Lecks. HINWEIS: Ein leichter Druck sollte halten , wenn kein Leck Luft ist (Abb . 1). </li></ol></li><li> Installieren von Brunnen , falls erforderlich (in dieser Studie vorhandenen Brunnen verwendet wurden - über die Vadose abgeschirmt: Grundwasser - Schnittstelle) 18 </sup&gt;. HINWEIS: Ein gut muss ein Hintergrund sein und in einem Ort Vertreter der Altlast - aber ohne bekannte Erdölbasis Kontamination. </li><li> Erhalten vorläufigen Grundwassermodellierung Daten , wenn sie nicht existieren (hydraulische Leitfähigkeit, Aquifer Porosität, Bodendichte, spezifische Ertrag, hydraulischen Gradienten, etc.) als 18 beschrieben. Verwenden Sie diese Daten eine Einflusszone (ZOI) Modell (Schätzung der CO 2 -Abscheidung Zone) zu entwickeln. Bereiten Sie die ZOI Modell wie in den ergänzenden Materialien 18 beschrieben. </li><li> Bereiten Sie CO 2 Fallen durch Auswiegen ~ 25 g NaOH und in einen 100 - ml - Serumflasche. Verschließen Sie die Serumflasche mit einem Septum und Kräuselung fest. Bereiten Sie eine Falle für jede Sammlung gut (Abb. 2), sowie ein Feld leer. </li><li> Führen anfängliche Grundwasser Probenahme nach Bedarf zu erhalten anfänglichen pH - Wert, gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC) Konzentrationen und Kationenkonzentrationen 10,18. Füllen Sie einen 40 ml flüchtige odernischen Analyse (VOA) Fläschchen, von unten nach einem konvexen Meniskus mit Grundwasser (Probe über Bailer, Schlauchpumpe oder Vakuumleitung), 5 Tropfen gesättigter CuSO 4 -Lösung hinzufügen 19, die Kappe fest mit so wenig (muss Septumkappen verwenden) Kopfraums wie möglich. <ol><li> Nehmen Sie zusätzliche Fläschchen für andere Analysen (Schadstoffkonzentrationen, zum Beispiel). Verwenden Sie eine nicht konservierte Fläschchen für die pH-Messung, wenn ein Messgerät auf dem Gebiet nicht zur Verfügung steht. Gekühlt und Transport ins Labor. </li></ol></li><li> Verlegen Sie die Stromleitungen (in der Lage ~ 1 Ampere zu tragen) auf dem Boden oder einem anderen geeigneten Mittel zu jedem Loch. Affix eine modifizierte Pumpe (siehe 1.2) und stellen Sie sicher, dass die Pumpe in Betrieb ist (es sollte hören können arbeiten). HINWEIS: Die Pumpen können 12 V aufnehmen , aber eine niedrigere Spannung verwenden Leistung (Abb . 3) zu speichern. </li><li> Cap Brunnen mit modifizierten gasdicht und Kappen. <ol><li> Zur Herstellung von Kappen, zwei Bohrungen (Bohrergröße 53) durch Kappen, um eng fit 1/16 &quot;Gasleitungen. Straße zwei Gasleitungen durch die Kappe. </li><li> Ziehen einer Linie , so dass es in der Nähe des Grundwasserspiegels liegt (Fig. 4). Affix eine schwere nichtrostende Mutter am Ende, um die Linie belasten. </li><li> Das andere Linie knapp unterhalb der Kappe (dies wird die Gasrückleitung sein). Bestreichen Sie die Dichtflächen und Gewinde mit reichlich Vakuumfett jede Luftaustausch zu verhindern. Ziehen Sie auf der gut Kappe. </li><li> Führen Sie das untere Rohr in den Pumpeneinlass. Route eine Gasleitung von der Pumpe zu dem CO 2 trap (NaOH) mit einer # 16 - Gauge - Nadel durch das Septum unter Verwendung. Strecke eine Rücklaufleitung aus der Falle an die Gasleitung (eine zweite # 16 Nadel) knapp unterhalb der Kappe endet. </li><li> Starten Sie die Pumpe von Stromversorgung und sammeln mindestens 30 Well - Volumina (dies hängt von dem Volumen des Bohrlochkopf-Raum. Es kann mit dem gut Radius (r) und die geschätzte Entfernung zum Grundwasserspiegel (l) berechnet werden, das heißt, &amp; pgr; r 2 l). Entsorgen Sie die ersten Fallen (zu löschen den Luftraum). </li><li> Entfernen und ersetzen mit frischen Fallen vor experimentellen CO 2 zu sammeln , indem sie die Nadeln Herausziehen von jedem Septum der Flasche und in der neuen Flasche des Septum setzen. Hinweis Uhrzeit und das Datum für die Pumpe turn-on. </li></ol></li></ol> 2. Erste Probenanalyse <ol><li> Zur Messung der DIC durch Coulometrie 20: <ol><li> Transfer dreifacher Ausfertigung 1 ml Teilproben 40 ml Serumfläschchen mit Septa gekappt. Anzusäuern subsamples mit 1 ml 80% H 3 PO 4. Sparge mit einem CO 2 -freien Luftstrom. </li><li> Trocknen Sie das entwickelte CO 2 Gasstrom und Gestrüpp im Einklang mit sequentieller Mg (ClO 4) 2 und Kieselgel (230-400 mesh, 60 Å) Fallen. Bubble der Gasstrom in eine coulometrische Zelle , in der ein kolorimetrischer Assay verwendet wird CO 2 zu quantifizieren. Verwenden Sie zertifizierte Referenzmaterialien Messungen zu kalibrieren 21. </li></ol></li><li> MessenpH-Wert einen Standard kalibriert pH-Messgerät verwendet wird. Messen Sie pH-Wert vor Ort oder auf konservierten Proben. </li><li> Messen gelösten Kationen mittels Ionenchromatographie: <ol><li> Pipettieren 5 ml unpreserved Grundwasserproben Fläschchen bis hin zu Autosampler. Cap Fläschchen und in einem Autosampler gekoppelt mit einem Ionenchromatographen. </li><li> Verwenden Sie eine dungsspezifische Säule für die Analyse 10,18. Verwenden Sie 20 mM Methansulfonsäure als Eluent und chromatographische Strömung auf ~ 0,7 ml min -1. </li><li> Verdünnen, um eine Stammlösung von 6 Kations Standards (enthaltend Mg, Ca, Na und K als Minimum) 0,5: 4,5, 1: 4, 2: 3, 3: 2 und 4: 1 gereinigtem Wasser. Ausführen, um diese Standards zu Beginn der Analyse und nach jeweils 25 unbekannten Proben. Führen Sie jede Probe dreimal (in dreifacher Ausfertigung). Erstellen Sie eine Standardkurve durch Kationenkonzentration gegen die Peakfläche aufgetragen und eine lineare Regression zu erzeugen. Analysieren Feldproben entsprechend 10,18. </li></ol></li></ol> 3. Messen CO 2 Produktion eind Mineralisierungsrate Vor-Ort <ol><li> Nach etwa zwei Wochen bis zwei Monate (wird höchstwahrscheinlich von Ort zu Ort variieren in situ mikrobiellen Stoffwechsel Raten basierend auf), geschlossen durch Ziehen sie Strom für Pumpen aus. <ol><li> Für Kreisgasfallen entfernen Nadeln und mit einem &quot;frischen&quot; CO 2 Trap ersetzen. Traps sind stabil für langfristige Lagerung , wenn versiegelt (siehe Abb. 3). </li></ol></li><li> Wenn Sie bereit sind für die Analyse, lösen sich alle verbleibenden unverbrauchten (fest) NaOH und übertragen Sie die gesamte Flüssigkeitsinhalt zu einem Volumen Gerät das Verdünnungsvolumen zu erhalten. Bestimmen Sie die volle Lautstärke (etwa 200 ml vollständig die restliche NaOH aufzulösen) und Transfer subsamples (5-10 ml) zu 40 ml Fläschchen mit Septen. <ol><li> Säuert um 50% Injektion (v / v) Phosphorsäure, sparge und zu analysieren, die sich ergebende Gasstrom durch Coulometrie (siehe 2.1). </li><li> Manuell berechnen die Substichprobe auf die gesamte volum die CO 2 Sammelquote durch Skalierunge und zum Zeitpunkt der Entnahme (dh X g CO 2 pro Tag). Subtrahieren Sie das Feld leer , CO 2 -Gehalt. Zum Beispiel, wenn der vollständig gelösten NaOH 200 ml ist, multiplizieren , um ein 10 ml Teilprobe von 20 die Gesamt CO 2 -Konzentration zu reflektieren. HINWEIS: Wenn die Probe 14 Tagen nach der Sammlung vertreten sind , würde die Sammelrate der skalierte CO 2 -Konzentration um 14 Tage verteilt sein. Zeichnen Sie die CO 2 Sammelquote gegenüber dem Anfangs DIC Konzentration. Wenn es keine Korrelation ist, ist Sammelquote keine einzige Funktion des Gleichgewichts Kinetik. </li><li> Damit Gleichgewicht Kinetik zu berücksichtigen, manuell die niedrigste Sammelquote aus der Sammlung Rate aller anderen Vertiefungen während der Abtastperiode subtrahieren. HINWEIS: Zum Beispiel, wenn die niedrigste Sammelrate 0,0001 mg d -1 war, machen die konservative Annahme , dass dies allein Gleichgewicht Sammlung darstellt , und subtrahieren Sie diesen Wert für alle anderen Sammelraten th zu erhaltene CO 2 Produktionsrate aufgrund einer Verschlechterung. Die skalierte Rate ist der organische Kohlenstoff Mineralisierungsrate (konservativ als die niedrigste Rate könnte einige Schadstoff Mineralisierung enthalten). </li></ol></li><li> Analysieren Sie den verbleibenden CO 2 durch Beschleuniger - Massenspektrometrie (AMS) 22 , um den Radiokarbongehalt zu bestimmen. Verwenden Sie etwa 1 mg Kohlenstoff für diese Analyse. Skalieren Sie die Sammelzeit (en) , um eine ausreichende CO 2 zu sammeln. Ziehen Sie den Radiokarbongehalt im Feld leer durch Massenbilanz (Radiokarbon - Messung auf den Betrag skaliert CO 2 in Feld leer). HINWEIS: Für den Standort beschriebenen Test, 2 Wochen Sammlungen waren mehr als ausreichend 1 Kohlenstoff mg zu erhalten. </li></ol> 4. Modell eine Einflusszone das Bodenvolumen für CO 2 Gesampelte zu schätzen <ol><li> Verwenden Sie MT3DMS 23 gekoppelt mit MODFLOW-2005 24 über die ModelMuse Schnittstelle 25 zu CO 2 Diffusion und Gleichgewicht simulierenim Zusammenhang mit dem gut Bildschirm (Video 1). Die Auflösung des Modells beträgt 0,09 m 0,09 m, die in etwa gleich dem Querschnitt der gut ist und angemessen angesehen für die ZOI Schätzung. <ol><li> Downloaden und installieren Sie MODFLOW-2005 (http://water.usgs.gov/ogw/modflow/MODFLOW.html#downloads), MT3DMS (http://hydro.geo.ua.edu/mt3d/) und ModelMuse (http : //water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html). </li><li> Konfigurieren Sie ModelMuse mit MODFLOW Programmplatz. Dazu Menü so klicken Sie auf &quot;Modell&quot;, wählen Sie dann &quot;MOFLOW Programm Standorte ...&quot;, zeigen Sie dann das Programm auf die MODFLOW-2005 Programm-Installationsverzeichnis: /bin/mf2005.exe. Unter diesem selben Dialog konfigurieren ModelMuse mit MT3DMS Programmplatz (Installationsverzeichnis: /bin/mt3dms5b.exe). </li><li> Konfigurieren Sie MODFLOW Pakete und Programme (innerhalb der ModelMuse). Dazu wählen Sie das &quot;Modell&quot; Menü, dann &quot;MODFLOW Pakete und Programme ....&quot;. Unter &quot;Flow&quot; LPF wählen:4; Schicht Property Fluss Package &quot;. </li><li> Unter &quot;Randbedingungen&quot; die Option &quot;Angegebene Kopf,&quot; dann CHD wählen: Zeit-Variante angegeben-Head - Paket &quot;Select&quot; MT3DMS &quot;Select&quot; BTN:... Grundtransportverpackung &quot;Legen Sie die mobilen Spezies zu CO 2. </li><li> Konfigurieren Sie MODFLOW Optionen innerhalb ModelMuse. Dazu wählen Sie &quot;Modell&quot; Menü, dann MODFLOW Optionen. Unter der Registerkarte &quot;Optionen&quot;, Set Modelleinheiten (Meter, Stunden, g (Gramm)). </li><li> Konfigurieren Sie MODFLOW Zeit von &quot;Model&quot; Menü auswählen, dann &quot;MODFLOW Time&quot;. 360 Länge Belastungsperiode verwendet, wird der Simulationslauf für 15 Tage haben. </li><li> Konfigurieren Sie MODFLOW Data Sets von &quot;Daten&quot; Menü auswählen, wählen Sie &quot;Daten-Sätze.&quot; Geben Sie die Daten von Ort von Interesse: Hydrologie (K-Werte in drei Dimensionen, MODFLOW Initial Kopf, Modflow Angegebene Leiter); MT3DMS: (Diffusionskoeffizient CO 2, Anfangskonzentration CO 2, Längs Dispersivität). </li><li> Edit globale Variablen. Wählen Sie Menü &quot;Daten&quot;, wählen Sie &quot;Globale Variablen&quot;. Geben Sie die CO 2 Sammelquote (von außen) und die anfängliche CO 2 -Konzentration. </li><li> Führen Sie Simulation. Drücken Sie auf den grünen Pfeil auf der oberen Symbolleiste, um die Simulation zu starten. Speichern Eingabedateien, wenn Sie dazu aufgefordert. Simulation ausgeführt wird. Nach dem Lauf, MT3DMS Export Eingabedateien: Menü &quot;Datei&quot; auswählen, dann &quot;Export&quot;, dann MT3DMS Eingabedateien. Simulation kompiliert und Export von Daten. </li><li> Bitte beachten und Ausgabemodellergebnisse. Klicken Sie auf das Symbol Visualisieren auf Symbolleiste. Wählen Sie die Simulation. Ausgangs ZOI Randwerte in X, Y und Z-Achse Hinweis: Dieses Modell stellt eine Einflusszone für die CO 2 Sammlung (die vollständige Modellentwicklung in Berichtsform zur Verfügung von den Trägermaterialien beschrieben wird) 18. Die ZOI, das als das Volumen des Grundwasserleiters definiert ist, die eine CO 2 -Konzentration von 95% oder weniger aufweist , um den hydraulischen Gradienten zu symmetrisch erscheint,was darauf hindeutet, relativ geringe Wirkung von Advektion Prozess mit dem kleinen hydraulischen Gradienten während der Trockenzeit. Eine weitere Analyse zeigt , dass das Volumen des Aquifers mit einer beliebigen CO 2 Depletion (dh &lt;99%) Extents Abstrom signifikant länger. </li></ol></li></ol> 5. Paar Radiokarbon - Inhalt mit CO 2 Produktionsrate und Scale - Volumen (mit ZOI) <ol><li> Konvertieren Radiokarbonalter (falls erforderlich) pro mil Notation unter Verwendung von Standardformeln 22. Verwenden Sie den Hintergrund und Radiokarbon - Wert als bekannt (Δ 14 C NOM) in Gleichung (1). Δ 14 C Erdöl ist Know (-1000). Verwenden Sie den individuellen und Wert für Δ 14 CO 2. Lösen für Erdölfraktion. (1) Δ 14 CO 2 = (Δ 14 C Erdölfraktion x Erdöl) + [Δ 14 C NOM x (1 - AnteilErdöl)] </li><li> Multiplizieren Sie den Anteil Erdöl durch die CO 2 Mineralisierungsrate (3,1) , um die Schadstoffmineralisierungsrate zu bestimmen (dh 50% x 1,0 mg d -1 = 0,5 mg Verunreinigung Kohlenstoff d -1). </li><li> Teilen Sie die Schadstoffmineralisierungsrate durch das Volumen ZOI berechnet in (4) Schadstoffmasse mineralisierten pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit (dh 0,05 mg C m -3 d -1) zu bestimmen. </li></ol>

<ol>
	<li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+bioremediation:+When+does+it+work.">In situ bioremediation: When does it work.</a> National Research Council. , 1-207 (1993).</li><li>Vangelas, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Summary Document of Workshops for Hanford, Oak Ridge and Savannah River Site as part of the Monitored Natural Attenuation and Enhanced Passive Remediation for Chlorinated Solvents - DOE Alternative Project for Technology Acceleration. , 1-89 (2003).</li><li>Wiedemeier, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Technical Protocol for Evaluating Natural Attenuation of Chlorinated Solvents in Ground Water. , 1-248 (1998).</li><li>Wilson, J. T., Kampbell, D. H., Ferrey, M., Estuestra, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Evaluation of the Protocol for Natural Attenuation of Chlorinated Solvents: Case Study at the Twin Cities Army Ammunition Plant. , 1-49 (2001).</li><li>Elsner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+challenges+in+compound-specific+stable+isotope+analysis+of+environmental+organic+contaminants.">Current challenges in compound-specific stable isotope analysis of environmental organic contaminants.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 403 (9), 2471-2491 (2012).</li><li>Meckenstock, R. U., Griebler, C., Morasch, B., Richnow, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+isotope+fractionation+analysis+as+a+tool+to+monitor+biodegradation+in+contaminated+acquifers.">Stable isotope fractionation analysis as a tool to monitor biodegradation in contaminated acquifers.</a> Journal of Contaminant Hydrology. 75 (3-4), 215-255 (2004).</li><li>Kirtland, B. C., Aelion, C. M., Stone, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+in+situ+mineralization+of+recalcitrant+organic+compounds+in+vadose+zone+sediments+using+&#948;13C+and+&#916;14C+measurements.">Assessing in situ mineralization of recalcitrant organic compounds in vadose zone sediments using &#948;13C and &#916;14C measurements.</a> Journal of Contaminant Hydrology. 76 (1-2), 1-18 (2005).</li><li>Kirtland, B. C., Aelion, C. M., Stone, P. A., Hunkeler, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isotopic+and+Geochemical+Assessment+of+in+Situ+Biodegradation+of+Chlorinated+Hydrocarbons.">Isotopic and Geochemical Assessment of in Situ Biodegradation of Chlorinated Hydrocarbons.</a> Environmental Science and Technology. 37 (18), 4205-4212 (2003).</li><li>Aelion, C. M., Kirtland, B. C., Stone, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiocarbon+assessment+of+aerobic+petroleum+bioremediation+in+the+vadose+zone+and+groundwater+at+an+AS/SVE+site.">Radiocarbon assessment of aerobic petroleum bioremediation in the vadose zone and groundwater at an AS/SVE site.</a> Environmental Science and Technology. 31 (12), 3363-3370 (1997).</li><li>Boyd, T. J., Pound, M. J., Lohr, D., Coffin, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiocarbon-depleted+CO2+evidence+for+fuel+biodegradation+at+the+Naval+Air+Station+North+Island+(USA)+fuel+farm+site.">Radiocarbon-depleted CO2 evidence for fuel biodegradation at the Naval Air Station North Island (USA) fuel farm site.</a> Environmental Science: Processes &amp; Impacts. 15 (5), 912-918 (2013).</li><li>Coffin, R. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiocarbon+and+Stable+Carbon+Isotope+Analysis+to+Confirm+Petroleum+Natural+Attenuation+in+the+Vadose+Zone.">Radiocarbon and Stable Carbon Isotope Analysis to Confirm Petroleum Natural Attenuation in the Vadose Zone.</a> Environmental Forensics. 9 (1), 75-84 (2008).</li><li>Sihota, N. J., Ulrich Mayer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+vadose+zone+hydrocarbon+biodegradation+using+carbon+dioxide+effluxes,+isotopes,+and+reactive+transport+modeling.">Characterizing vadose zone hydrocarbon biodegradation using carbon dioxide effluxes, isotopes, and reactive transport modeling.</a> Vadose Zone Journal. 11, (2012).</li><li>Sihota, N. I., Singurindy, O., Mayer, K. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CO2-Efflux+Measurements+for+Evaluating+Source+Zone+Natural+Attenuation+Rates+in+a+Petroleum+Hydrocarbon+Contaminated+Aquifer.">CO2-Efflux Measurements for Evaluating Source Zone Natural Attenuation Rates in a Petroleum Hydrocarbon Contaminated Aquifer.</a> Environmental Science &amp; Technology. 45 (2), 482-488 (2011).</li><li>Norman, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+six+methods+for+measuring+soil-surface+carbon+dioxide+fluxes.">A comparison of six methods for measuring soil-surface carbon dioxide fluxes.</a> J. Geophys. Res. 102 (24), 28771-28777 (1997).</li><li>Amos, R. T., Mayer, K. U., Bekins, B. A., Delin, G. N., Williams, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+dissolved+and+vapor-phase+gases+to+investigate+methanogenic+degradation+of+petroleum+hydrocarbon+contamination+in+the+subsurface.">Use of dissolved and vapor-phase gases to investigate methanogenic degradation of petroleum hydrocarbon contamination in the subsurface.</a> Water Resources Research. 41 (2), 1-15 (2005).</li><li>Molins, S., Mayer, K. U., Amos, R. T., Bekins, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vadose+zone+attenuation+of+organic+compounds+at+a+crude+oil+spill+site+-+Interactions+between+biogeochemical+reactions+and+multicomponent+gas+transport.">Vadose zone attenuation of organic compounds at a crude oil spill site - Interactions between biogeochemical reactions and multicomponent gas transport.</a> Journal of Contaminant Hydrology. 112 (1-4), 15-29 (2010).</li><li>McCoy, K., Zimbron, J., Sale, T., Lyverse, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Natural+Losses+of+LNAPL+Using+CO2+Traps.">Measurement of Natural Losses of LNAPL Using CO2 Traps.</a> Groundwater. , (2014).</li><li>Boyd, T. J., Montgomery, M. T., Cuenca, R. H., Hagimoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+radiocarbon+and+CO2+flux+measurements+used+to+determine+in+situ+chlorinated+solvent+mineralization+rate.">Combined radiocarbon and CO2 flux measurements used to determine in situ chlorinated solvent mineralization rate.</a> Environmental Science: Processes &amp; Impacts. , (2015).</li><li>Winslow, S. D., Pepich, B. V., Bassett, M. V., Wendelken, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+inhibitors+for+US+EPA+drinking+water+methods+for+the+determination+of+organic+compounds.">Microbial inhibitors for US EPA drinking water methods for the determination of organic compounds.</a> Environmental Science and Technology. 35 (20), 4103-4110 (2001).</li><li>Johnson, K. M., Sieburth, J. M., Williams, P. J. l. B., Br&#228;ndstr&#246;m, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulometric+total+carbon+dioxide+analysis+for+marine+studies:+Automation+and+Calibration.">Coulometric total carbon dioxide analysis for marine studies: Automation and Calibration.</a> Mar.Chem. 21 (2), 117-133 (1987).</li><li>Dickson, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standards+for+ocean+measurements.">Standards for ocean measurements.</a> Oceanography. 23 (3), 34-47 (2010).</li><li>Stuiver, M., Polach, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discussion:+Reporting+of+14C+Data.">Discussion: Reporting of 14C Data.</a> Radiocarbon. 19 (3), 355-363 (1977).</li><li>Zheng, C., Wang, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> MT3DMS: A modular three-dimensional multispecies transport model for simulation of advection, dispersion, and chemical reactions of contaminants in groundwater systems; documentation and user's guide. , (1999).</li><li>Harbaugh, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> MODFLOW-2005, the US Geological Survey modular ground-water model: The ground-water flow process. , (2005).</li><li>Winston, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ground Water - Book 6. Vol. Techniques and Methods. , (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Semi-Annual Post-Closure Maintenance Report for Calendar Year 2011 Installation Restoration (IR) Program Site 2 (Old Spanish Bight Landfill), Site 4 (Public Works Salvage Yard), and Site 5, Unit 1 (Golf Course Landfill). , (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Annual Progress Report October 2010 to December 2011, Operable Unit 24. , (2012).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests

Ein Protokoll beschrieben, die Geschwindigkeitsmessungen, Anteil Mineralisierung von Verunreinigung (en) und ZOI miteinander zu verbinden sucht gesamte Website Schadstoffabbau zu bestimmen. Die kritischen Komponenten sind, die CO 2 -Produktion (Mineralisierung , wenn korrigiert) Messung der Zeit, die gleichzeitig die respired CO 2 in ausreichender Menge (~ 1 mg) für AMS Radiokarbon - Analyse zu sammeln Menge von Schadstoffabbau abgeleitet Bereitstellung und eine ZOI Modells zu beziehen das aufgenommene CO 2 zu einem bekannten Volumen von Boden oder Grundwasser (oder beides). Diese drei Hauptkomponenten werden kombiniert , um eine Gesamtberechnung an jedem Abtastpunkt für Menge an Verunreinigung pro Volumeneinheit pro Zeiteinheit (gm -3 d -1, beispielsweise) abgebaute ankommen. Skalierung der Berechnungen durch wiederholte und geographisch getrennten Messungen (Brunnen Abdecken einer Website unterabgetastet über längere Zeitskalen), ermöglicht es Bauleitern räumliche und tempor zu schätzenal Abbaudynamik und in geeigneter Weise an die Aufsichtsbehörden und Interessengruppen reagieren. Das beschriebene Protokoll verwendet Umwälzpumpen oder langfristigen Einsatz Passivsammler (eine Strategie derzeit in der Entwicklung) zu stoppen aus CO 2 aus gut Luftraum Gas. Der Grund dafür ist ein vielfaches. In erster Linie ausreichend CO 2 muss gesammelt werden , um Radiokarbon - Messungen (~ 1 mg) zu erhalten. Respiration Raten können mit Bodenoberfläche gemessen werden: Luftaustausch Fallen oder mit Bodenatmung Instrumente (Licor Flusskammer zum Beispiel). Diese Methoden leiden unter der Notwendigkeit, asynchron ausreichend CO 2 für Radiokarbon - Analyse zu sammeln - also vielleicht die Messung vorgespannt wird . Zum Beispiel kann eine Flusskammer ausgestattet sein Boden zu messen: Luft CO 2 Austausch während für Zustrom von atmosphärischen CO 2 17 Bilanzierung. Es sei denn , Atmungsraten hoch sind, reichlich CO 2 für Radiokarbon - Messungen können nicht gefangen werden. Imdieser Fall können Proben aus großen Bodengasproben oder aus dem Grundwasser (mit DIC) 12 entnommen werden. Darüber hinaus am Boden CO 2 Flussmessung: Luftoberfläche ist zu Zustrom aus der Atmosphäre lateral der Flusskammer oder Trap - Thema. Sampling gut Luftraum &quot;Isolate&quot; das Signal auf den Bereich der Verschmutzung ( in Abhängigkeit von Aufstellung zu einem gewissen Grad) , sondern wird in geeigneter Weise aus atmosphärischer Zustrom entfernt (und atmosphärisch generierter modernen 14 CO 2). Die Hauptschwierigkeit ist aus dem gut Abtasten ohne es zu öffnen, um mit Fallen zu ändern (für zeitliche Abtastung). Umwälzpumpen Mit ermöglicht es , die Probenposition 2 auf Atmosphären 14 CO zu belichten , ohne gut Luftraum und ändern CO 2 Fallen in regelmäßigen Abständen zu probieren. Es ermöglicht auch eine erhebliche CO 2 , die dann für Fluss und natürliche Radiokarbongehalt analysiert werden können , zu probieren. Die Rezirkulation protocol ist nicht ohne Schwierigkeiten. Ein großes Problem liefert ausreichend Leistung Pumpen kontinuierlich in das Feld zu laufen. Für den ersten Versuch (hier beschrieben), Sonnenkollektoren vorgesehen genügend Energie Pumpen für jeden Zeitraum von zwei Wochen laufen. Spannung Protokolle zeigten, dass nach einigen Tagen, Solarenergie nicht mit der benötigten Leistung Schritt halten konnte und Pumpen waren nicht in Betrieb für mehrere Stunden pro Tag. Dies war unwesentlich für die Flussmodellierung und Gesamt Sammlung, sondern hebt die Schwierigkeiten bei der Bereitstellung von ausreichend Leistung zu Feld-Einsatz-Hardware. In derzeit laufenden Sammlungen, Macht Pumpen durch Bodenpersonal Mähen im Überwachungsbrunnenfeld unterbrochen. Mehrere Stromleitungen durchtrennt wurden. Wir prüfen gegenwärtig Luftraum entfalteten passive CO 2 Fallen , die mit absorbierte CO 2 zu einem späteren Zeitpunkt in den Brunnen und abgerufen gesenkt werden konnte. Ein Risiko-Nutzen-Analyse ist im Gange (das Risiko, vor allem aus, die abgeleitet, um den Bohrlochkopf zu öffnen und zu ermöglichen, in der atmosphärischen14 CO 2). Die Technik der wichtigsten Einschränkungen sind in der Lage , die genaue Atmung Quelle in gemischten Verunreinigungssystemen zu unterscheiden und nicht für Zwischen Kohlenstoff basierenden Abbauprodukte (dh DCE, VC, Methan) ausmachen können. Zum Beispiel am aktuellen Standort gab es historische Brennstoff Kohlenwasserstoff Verunreinigung zusätzlich zu CH Kontamination. CHs werden fast ausschließlich aus Erdöleinsatzmaterialien hergestellt. An der beschriebenen Stelle, CH in erster Linie isoliert in der Region untersucht - während einige Rest Erdöl in den Norden offenbar existiert. Kein Erdöl wurde in Brunnen für diese Arbeit Stichprobe gefunden. Doch bei einem gemischten Schadstoff Standort, die allgemeine Mineralisierungsrate könnte schwierig sein, zu einem Individuum oder einer Klasse von Verunreinigungen zu binden. Mit dieser Methode kann man den vollständigen Abbau CH (CO 2) zu quantifizieren. Wenn wird die Verunreinigung Kohlenstoff 4 (anaerobe Bedingungen) zu CH umgewandelt, kann die CH 4 sein &amp; #34;. Verloren &quot; , wenn sie weg von der ZOI diffundiert Das Kohlenstoff wird wahrscheinlich in der ungesättigten Zone zu CO 2 in oxic Teile umgewandelt werden , wenn diese nicht innerhalb der ZOI, das beschriebene Verfahren für das Konto wird in diesem Fall nicht auftritt.. kann das beschriebene Verfahren einen konservativen Schätzfunktion betrachtet werden, die aus regulatorischer Sicht wünschenswert ist. Zusätzlich ist der ZOI Modellierung nicht ohne Unsicherheit. Simulationen basieren auf &quot;singulären&quot; Werte wie Porosität und Schüttdichte, die in Teilproben gemessen wird angenommen sein homogen - in Wirklichkeit aber auf der Makro- und Mikrowaagen sind heterogen A wahrgenommen Begrenzung der Kostenanalyse für natürliche Fülle Radiokarbon sein kann (was so viel wie $ 600 pro Probe sein kann) die endgültige Art der Informationen von Radiokarbon-Marken gesammelt.. die Kosten sehr niedrig in der Realität. Mit mehreren gut ausgewählten Proben, kann man feststellen , ob erhebliche Sanierungs auftritt. wenn zum Beispiel die CO 2 assoziiert with einer Schadstofffahne ist relativ 10 zu einem Hintergrund - Website Radiokarbon-verarmten. Ein Standort mit niedrigen Umgebungs pH - Wert (&gt; ~ 4.8) und erhebliche Kalkstein (CaCO3) kann ein schlechter Kandidat für die Anwendung dieser Technik sein. Alte Carbonat Ablagerungen könnten in niedrigen pH-Wert und spannen die Analyse aufzulösen. Die Bedeutung des Technik ist beträchtlich, da eine einzige Messtyp (natürliche Häufigkeit Radiokarbon) sofort verwendet werden können , in situ - Umwandlung von Verunreinigung zu bestätigen zu CO 2. Diese Analyse ist definitiv. Radiokarbon kann nur durch radioaktiven Zerfall verbraucht werden - die trotz physikalische Konstante ist, chemische oder biologische Veränderungen jeglicher Ausgangsmaterials. Statische Messungen Radiokarbon (zum Beispiel DI 14 C) kann auf Chargenproben erfolgen und sofort bestätigen , wenn 14 C-abgereichertem CO 2 an einer Stelle , weit verbreitet ist (unwiderlegbar Schadstoff Mineralisierung angibt , zu CO 2). Diese Information allein ist unglaublich wertvoll für Site-Manager als ohne sie, werden sie zahlreiche indirekte Beweislinien zu verwenden, erforderlich, dass Verunreinigungen Mineralisierung zu schließen auftritt. Keine andere einzelne Messung kann eine konkrete Verbindung zwischen 2 bis vollständigen Abbau erzeugten kohlenstoffbasierte Kontaminanten und dem kohlenstoffhaltigen CO bereitzustellen. Zukünftige Anwendungen sind derzeit im Gange, in denen unsere Gruppe zeitliche Auflösung Abtasten erhöht ein ganzes Jahr zu umfassen. Durch das Sammeln von CO 2 und die Bestimmung der Mineralisierungsrate (n) über die räumliche Ausdehnung des Geländes, können wir Modelle für Schadstoffabbau im Laufe der Zeit zu verfeinern. Diese Informationen werden auf kritische Weise von Site-Manager benötigt, um am effektivsten kontaminierten Standorten verwalten. In den begrenzten Einsatz, Regulierungsbehörden auf drei Standorte, an denen die Technik angewandt wurde haben die Methoden endgültigen Ergebnisse anerkannt. Dies hat dazu geführt, zu Kosteneinsparungen und half Sanierungs alte Führungrnatives.

Umweltsanierungskosten sind erschütternd, mit zahlreichen Altlasten in den USA und im Ausland. Dies macht innovative Behandlung und Überwachung Strategien wesentlich zur Erreichung Complete Response (RC) Status wirtschaftlich (zB keine weiteren Maßnahmen erforderlich). Traditionell haben die Linien konvergierender Beweise in situ Bioremediation, abiotische Schadstoffumwandlung oder andere Formen der natürlichen Dämpfung untermauert. Beweislinien nicht unbedingt verwendet werden , Abbau zu bestätigen oder Schadstoffabbaurate Informationen unter in - situ - Bedingungen 1 zu sammeln. Sanierungs Zeitplan (s) zur Vorhersage wurde oft empfohlen worden, aber die Verknüpfung dieser Daten kosteneffektiv eine breite Palette von Daten sammeln absolut Sanierung zu bestätigen hat 2-4 gewesen problematisch. Beziehen Sie die realistischste und komplette Website konzeptionellen Modelldaten mit so wenig Kosten wie möglich ist eine ultimative Ort-Management-Ziel. Außerdem Regler und stakeholder Forderungen stellen zusätzliche Treiber für den Erhalt der rechtzeitige, wertvolle und kosteneffektive Informationen. Eine relativ preiswerte Methoden der Lage, überzeugende Beweise für die Schadstoffumsatzraten bieten bieten den größten Nutzen für die Ziele Bereinigung erfüllen. Da sehr unterschiedliche Isotopensignaturen in Kohlenstoff basierenden Verunreinigungen vorhanden sind, Kohlenstoff - Isotope wurden zum Verständnis Schadstoffminderungsprozesse an Feldstandorten 5-13 vor kurzem angewendet. Stabiler Kohlenstoffisotope können verwendet werden , um zu bestimmen , ob eine Quelle auf Rayleigh Destillations kinetics (cf 5,6 auf Bewertungen) basiert dämpfen. Diese Methodik, während bequem, kann begrenzt sein, wenn Verunreinigungen aus gemischten Quellen sind - oder stellen keine isotopen einzigartige &quot;Start&quot; Spill (von dem anfänglichen stabilen Kohlenstoffisotopenverhältnisse abgeleitet werden können). Natürliche Fülle Radiokarbon-Analyse stellt eine Alternative (und vielleicht auch ergänzende) Isotopen strategy zur Messung von auf Kohlenstoff basierenden Schadstoffabbau zu CO 2. Brennstoffe und Industriechemikalien aus Erdölausgangsmaterialien abgeleitet werden völlig frei von 14 C im Verhältnis zu zeitgenössischen (aktiv Radfahren) Kohlenstoff, die durch kosmische Strahlung Reaktionen in der Atmosphäre erzeugt 14 C enthält. Radiokarbon - Analyse ist der Fraktionierung nicht Gegenstand als stabile Analyse des Kohlenstoffisotops ist, und 14 C - Zerfall nicht wesentlich beeinflusst durch physikalische, chemische oder biologische Prozesse. Darüber hinaus ist die 14 C - Signal - oder deren Fehlen - in Erdöl gewonnenen Materialien wird gleichmäßig über den Schadstoff Pool verteilt es sich um eine vollständig mischbar Tracer zu machen. Die hier beschriebene Technik beruht auf der Beobachtung , dass jede CO 2 aus einem fossilen abgeleitet Verunreinigung erzeugt wird von 14 C frei sein , während CO 2 aus Mikroorganismen erzeugt NOM abbau leicht messbare Mengen von 14 C enthalten Messung14 CO 2 ermöglicht auch ein zu voller Schadstoffabbau (dh Mineralisierung) auf ein unbedenkliches Endprodukt direkt verbinden. 14 CO 2 Analyse verwendet worden Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallSchadstoffAbbauProdukte 7-13 zu folgen. Dies ist aufgrund der analytischen Auflösung zwischen Endglieder (fossil und modern), die rund 1.100 Teile pro Tausend (‰). Im Allgemeinen Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) wird verwendet, um natürliche Fülle Radiokarbon zu lösen. Atmosphärische CO 2 (~ + 200 ‰) lebenden Biomasse (~ + 150 ‰) und der organischen Bodensubstanz abgeleitete CO 2 (~ -200- + 100 ‰) sind alle analytisch verschieden von fossilen abgeleitet CO 2 (-1000 ‰). Dies ist aufgrund der vollständigen Zerfall aller 14 C, das eine Halbwertszeit von rund 6000 Jahren. Brennstoffe und Industriechemikalien aus Erdölausgangsmaterialien abgeleitet, die aus dem aktiven Kohlenstoffkreislauf entfernt Jahrmillionen, Haben eine ausgeprägte Radiokarbon-Signatur (-1000 ‰ ≈ 0% modern - keine Erkennung auf AMS Bedeutung). Die Messung ist einfach und in Bezug auf die Kontamination der Probe, die fast alle potentielle Vorurteile sind in Richtung der konservativen (die Probe mit modernen CO verunreinigen 2). Zum Beispiel bekommen atmosphärischen CO 2 in einer Probe würde die Radiokarbon - Isotopensignatur erhöhen und damit bewirken , dass die Abbaurate zu unterschätzen. CO 2 entwickelte sich aus auf fossilen Brennstoffen beruhenden Schadstoffabbau wird Radiokarbon-frei sein. Auf einem Hintergrund - Website ohne Verunreinigung, CO 2 veratmet aus natürlichem organischem Material (NOM) wird altersgerecht auf die NOM sein. Innerhalb der Wolke oder an den Rändern, schadstoff abgeleitet CO 2 0% moderne Kohlenstoff haben. CO 2 aus NOM Quellen und CO 2 aus fossilen Quellen stammen , können mit einem zwei Endglied unterschieden werden Mischmodell 11. Es ist somit möglich, ESTIMAte , den Anteil des gesamten CO 2 Pool (respired Kohlenstoff) zuzuschreiben der Verunreinigung. Mit nur diesen Anteil, fossilen Kohlenwasserstoff oder industrielle chemische Oxidation an Feldstandorten wurde 7-13 bestätigt. Dieser Anteil an Verunreinigung 2 abgeleitet CO können dann mit Gesamt - CO 2 Mineralisierungsrate gekoppelt werden (alle CO 2 pro Zeit- und Volumeneinheit gesammelt) intrinsische Schadstoffmineralisierungsrate zu bestimmen. Diese Dämpfungsrate Unter der Annahme, würde bei gegebenen Bedingungen vor Ort fortsetzen, könnte man dann Zeit für die Schließung von Standorten benötigt abzuschätzen. Es sind Techniken zur Bestimmung von Bodenhorizont CO 2 Flüsse mit Methoden mit offenen oder geschlossenen System - Designs 14 zur Verfügung. Closed-System Flusskammern und Gasflussmodelle verwendet wurden , in kontaminierten Böden 12,13,15-17 Netto-Atmung zu bestimmen. In diesen Studien räumlichen Messungen direkt mit einer Schadstofffahne verbunden sind und mit background Bereiche zeigten biologischen Abbau organischer Verunreinigungen verbessert. Verschiedene Modellierungsmethoden wurden verwendet, um vertikale Flussmessungen an Ort Volumen skalieren. Das Ziel dieser Studie war es, Methoden zu entwickeln , um genügend CO 2 für AMS - Analyse zu sammeln (~ 1 mg) ohne Einfluss von atmosphärischen CO 2 Kontamination (abgedichtete Bohrlöcher) , während die Sammelquote mit Schadstoff Atmung zu bestimmen. Schließlich massstabsEinflussZone (ZOI) Modellierung letztlich die Messung zu 3 Dimensionen (Volumen) erlaubt die Chlorkohlenwasserstoff (CH) Umwandlung auf einer pro Volumeneinheit und pro Zeiteinheit Basis zu bestimmen. Die ZOI ermöglicht es zu bestimmen, wieviel Volumen der Atmungs und Radiokarbon-Messungen entnommen werden. Das Verfahren besteht aus Trapping CO entwickelte 2 durch gut Luftraum Gas durch eine NaOH - Falle Umwälzen, die Radiokarbongehalt des gesammelten CO - Mess 2, unter Verwendung eines zwei Endglied Modell des CO 2 gesammelt zu verteilen ori Verunreinigunggin, dann Skalieren der Messung auf ein Volumen von einem ortsspezifischen Grundwassermodell berechnet. Die gut Luftraum Gas so rezirkuliert , daß nur Gleichgewicht &quot;pull&quot; CO 2 von dem benachbarten ZOI verarbeitet.

<table><tbody><tr><td>Air pump; Power Bubbles 12 V</td><td>Marine Metal</td><td>B-15</td><td></td></tr><tr><td>Marine Sealant</td><td>3M</td><td>5200</td><td>for sealing pumps</td></tr><tr><td>Silicone Sealant</td><td>Dap</td><td>08641</td><td>for sealing pumps</td></tr><tr><td>Tubing for gas recirculation</td><td>Mazzer</td><td>EFNPA2</td><td></td></tr><tr><td>Stopcocks (for gas lines)</td><td>Cole-Parmer</td><td>30600-09</td><td>for assembling gas lines</td></tr><tr><td>Male Luer lock fittings</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-45503-00</td><td>for assembling gas lines</td></tr><tr><td>Female Luer lock fittings</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-45500-00</td><td>for assembling gas lines</td></tr><tr><td>4&quot; Lockable J-Plug well cap</td><td>Dean Bennett Supply</td><td>NSN</td><td>2&quot; if smaller wells</td></tr><tr><td>HOBO 4-Channel Pulse Data Logger</td><td>Onset</td><td>UX120-017</td><td>Older model no longer available. Use to monitor pump operation</td></tr><tr><td>Serum bottles 100 ml (cs/144)</td><td>Fisher Scientific</td><td>33111-U</td><td>For CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; traps</td></tr><tr><td>Septa (pk/100)</td><td>Fisher Scientific</td><td>27201</td><td>For CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; traps</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Coulometry&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Anode solution</td><td>UIC, Inc</td><td>CM300-001</td><td></td></tr><tr><td>Cathode solution</td><td>UIC, Inc</td><td>CM300-002</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;For IC analysis&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Dionex Filter Caps 5 ml 250/pk</td><td>Fisher Scientific</td><td>NC9253179</td><td>Caps for IC</td></tr><tr><td>Dionex 5 ml vials, 250/pk</td><td>Fisher Scientific</td><td>NC9253178</td><td>Vials for IC</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;If using solar power&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Renogy Solar Panel kit(s)</td><td>Renogy&amp;nbsp;</td><td>KT2RNG-100D-1</td><td>Bundle provides 200 W</td></tr><tr><td>VMAX Solar Battery</td><td>VMAX</td><td>VMAX800S</td><td>For energy storage</td></tr></tbody></table>

measuring carbon-based contaminant mineralization using combined co2 flux and radiocarbon analyses

Es wird ein Verfahren beschrieben, das die Abwesenheit von Radiokohlenstoff in Industriechemikalien verwendet und Kraftstoffen aus Erdöleinsatzmaterialien hergestellt, die häufig die Umwelt verunreinigen. Dieses Signal Radiokarbon - oder vielmehr das Fehlen von Signal - wird gleichmäßig über eine Schadstoffquelle Pool verteilt ( im Gegensatz zu einem zusätzlichen Tracer) und wird nicht durch biologische, chemische oder physikalische Prozesse beeinflusst (zB die 14 C radioaktiven Zerfallsrate ist unveränderlich). Wenn die fossilen abgeleitete Verunreinigung ist vollständig abgebaut zu CO 2, ein harmloses Endprodukt, dass CO 2 keine Radiokarbon enthalten. CO 2 aus natürlichen organischen Material (NOM) Abbau wird die NOM Radiokarbongehalt widerspiegeln ( in der Regel &lt;30.000 Jahre alt). Da kann eine bekannte Radiokarbon - Inhalte für NOM (eine Website Hintergrund), ein zwei Endglied Mischmodell verwendet werden , um das CO 2 aus fossilen Quelle in einem gegebenen Bodengas oder Grundwasserprobe abgeleitet zu bestimmen. Die Kopplung des percent CO 2 aus der Verunreinigung mit dem CO 2 Atmungsrate abgeleitet liefert eine Schätzung für die Gesamtmenge an Verunreinigungen pro Einheitszeit abgebaut. Schließlich Bestimmen einer Einflusszone (ZOI) , die das Volumen , von dem Standort CO 2 gesammelt wird , ermöglicht es dem Schadstoffabbau pro Zeit- und Volumeneinheit zu bestimmen. Zusammen mit den Schätzungen für die Gesamtschadstoffmasse, kann dies letztlich verwendet werden, die Time-to-remediate zu berechnen oder anderweitig von Site-Manager verwendet für die Entscheidungsfindung.

Auf dem Testgelände hat historische CH Verunreinigung gewesen höchsten innerhalb des zentralen und Cluster (MW-25-MW-30) und in der Nähe von Sherman Road (Abb. 5). Im Jahr 1983 große Teile der Kontamination wurden aus der Deponie (nördlich von der Teststelle) entfernt und weitere Ausgrabung erfolgte im Jahr 2001 CH-Konzentrationen nach Quelle Entfernung verringert haben insbesondere in der Nähe der ehemaligen Gruben (Sherman Road), aber eine anhaltende Wolke weiter gibt es in der gut Cluster-Region von zentraler Bedeutung. Saisonale Regengüsse sind dafür bekannt, vorübergehend CH - Konzentrationen und Restkontamination desorbiert für Böden 27 erhöhen. Die Böden in der Umgebung sind vor allem ehemalige Dredge Sand. Eine mögliche Interferenzen mit dem beschriebenen Verfahren könnte bestehen, wenn alte Karbonate vorhanden sind, und das Grundwasser pH ist sehr gering (&lt;~ 5). Dies könnte zu einer kohlen Auflösung und einem alten Signal in CO 2 erzeugt führen. Keine signifikante CaCO3 sind bekanntin der Gegend, wurden dennoch Kationen und pH-Wert gemessen und zur Regression und Hauptkomponenten-Analysen (PCA) unterzogen. Das Hauptanliegen war , dass niedrige pH Calciumcarbonat fördern könnte (CaCO3) Auflösung, die Bias - Radiokarbon - Analyse konnte (alte Karbonatgestein 2 alten CO bilden könnten , wenn durch saure Wasser aufgelöst). Na + Gehalt war geringfügig höher an der südlichen Seite der Website (am nächsten zum Meer), aber keine Werte lagen in einem Bereich anzeigt erhebliche Eindringen von Meerwasser. Calciumionenkonzentrationen reichten von 8,0 bis 58 mg L -1. Carbonate Auflösung nicht angezeigt wurde , wenn Calciumionen - Konzentration auf pH (r 2 &lt;0,3) beziehen. PCA Bi-Plots zeigten keine starken Belastungen mit jeder Variablen. Zwischen-und Unterschiede haben zeigen auch nicht Karbonat Auflösung (Abb. 6). Diese Konformationsänderung Analyse sollte kritisch betrachtet werden, wenn die Methodik an neue Standorte für - particulArly die mit regionalen Geologie zeigt signifikante Karbonat Felsformationen. CO 2 Produktionsraten reichten von 0 bis 34 mg CO 2 d -1. CO 2 -Produktion war in der Region im zentralen und Cluster niedrigsten , wo historische Verunreinigung war am höchsten (Abb. 5). CO 2 -Produktion in gut MW-01 (Hintergrund gut - nicht gezeigt, aber ~ 500 Meter nordwestlich des Haupt gut Cluster) war sehr hoch bei 31 mg CO 2 d -1). Duplizieren Atmung 0,03-6% Analysen CO im Bereich Standardfehler hatte 2 und im Durchschnitt weniger als 1% (0,98). Die beiden 2-Wochen-Perioden Trockenzeit-Messungen wurden für die nachfolgenden Berechnungen gemittelt. Respiration Messungen variierte nicht wesentlich zwischen den einzelnen 2-Wochen-Perioden. Zwischen Zeitraum Atmung reichte Standardfehler von &lt;1 auf 51% , aber im Durchschnitt 13% (Tabelle 1). Respiratierlaubt auf Lungs ein einziges CH Lautstärke während eines Zeitraums von einem Monat entfernt Berechnung. Der Hintergrund gut (MW-01) hatte eine Radiokarbon - Alter von 1.280 Jahre vor heute (YBP) oder 85 Prozent modern (PMC) - in einem gemeinsamen Bereich für im Alter von organischer Substanz im Boden 26. Der Wert dieser gut als Hintergrund für das Isotopenmischmodell verwendet. Auch, weil Probenahme von einem Monat wurden insgesamt zwei Back-to-Back-Perioden während der gleichen Saison begrenzt wurde verwendet, um die Trockenzeit zu &quot;repräsentieren&quot; - in der Regel die meisten stagnierenden Bedingungen zu denken und damit für hochgerechneten Schätzungen konservativ. Wie bei DIC Produktionsraten waren Radiokarbon-Messungen ähnlich zwischen den einzelnen 2-Wochen-Perioden. Der Standardfehler zwischen den Perioden reichte von 0,25 bis 18% und durchschnittlich 6%. CO 2 Radiokarbon Alter reichte von ~ 34-85 pMC oder ~ 1.340 bis 8.700 YBP (Tabelle 1). MW-27 und MW-32, im Verdacht hatte val moderne Radiokarbon durch die Pumpe undicht beeinträchtigt wirdues und wurden daher als kompromittiert bestätigt. Diese Proben wurden nicht in die weitere Analyse aufgenommen. Frühere Berichte wurden für das Grundwasser hydraulische und CO 2 gelösten Stoff Eigenschaften verwendet , um die ZOI Modell 26,27 (Tabelle 2) zu entwickeln. Die Wetterdaten (2007, 2011 und 2012) von der CIMIS San Diego Station (Sender-ID 184) wurden verwendet, um die Grundwasserneubildungsrate zu schätzen. Gezeitendaten über die gleiche Zeitdauer von der NOAA San Diego Station (Station Identifikation: 9.410.170) wurden verwendet, Randbedingungen zu definieren. Die Modellkalibrierung angenommen einen stetigen hydraulischen Gradienten und konstante CO 2 Sammelraten. Supplemental Simulationen durchschnittliche Raten CO 2 Sammlung und Anfangs Hintergrund CO 2 in Verbindung mit einem 10% igen hydraulischen Gradienten Anstieg der Parametrisierung des Modells Aided variiert. Eine zusätzliche Simulation der durchschnittlichen CO 2 Sammelquote zeigte eine etwa 46% ige Erhöhung der e mitstimated Hintergrund CO 2 (dh erhöhte 6,5-9,5 gm -3) , wenn die Sammelrate von 0,00530 (+ 10%) auf 0,00434 g h -1 (-10%) über die 2-Wochen - Sammelperiode (Tabelle 3) geändert . Annahmen für das ZOI Modell enthalten vernachlässigbare CO 2 -Produktion zuzurechnen CH Abbau während des Erfassungszeitraums und die einheitliche anfängliche CO 2 Verteilung der endgültigen Simulation (Abb. 7) zu entwickeln. Die CO 2 Reaktionsgeschwindigkeit kann für die Studie Website unterschätzt werden. Mit CO 2 Produktionsrate, CO 2 zuzurechnen CH Abbau und Schätzungen der ZOI - Modell, die Masse CH Entfernung bei jeder Vertiefung pro Zeiteinheit berechnet. Die Daten aus Tabelle 1 mit den beiden Endglied Mischmodell verwendet wurde (eq (1)) für f Haustier an jedem gut zu lösen. Da die Seite ist nur für CH con bekannt<html> Verschmutzung und keine andere CO 2 Quelle innerhalb oder nahe der Stelle gefunden wurde, wird CH Abbau angenommen als die Haupt 2 CO beitragen. Die f Haustier reichte von 1 bis 60% gegenüber dem Hotel (Tabelle 4). Der Anteil wurde auf Kohlenstoffbasis umgewandelt und multipliziert mit dem CO 2 Produktionsrate CH Abbaurate (Tabelle 4) zu berechnen. Mit dem ZOI Volumen (Tabelle 3) wurde Schadstoffabbaurate pro Zeiteinheit und Volumen bestimmt (Tabelle 4). Dieser Wert lag im Bereich zwischen 0 bis 32 mg C m -3 d -1 (Tabelle 4). CH-Abbau war am niedrigsten in den Regionen mit der höchsten historischen CH Kontamination (MW-25 - MW-30). Am Brunnen in der Nähe der Stelle Peripherie (in der Nähe von Sherman Road) wurde die höchste CH Abbau gemessen. CO 2 -Produktion war in diesen Bereichen höher, während f pet signifikante CH Umsatz angegeben (Abb. 8). nt &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig1.jpg" /> Abbildung 1. Abdichtung und Umwälzpumpen vorbereitet. Sealing Umwälzpumpen für Feldeinsatz. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig2.jpg" /> Abbildung 2. NaOH Fallen für Feldeinsatz vorbereitet. 120 ml Serumflaschen mit NaOH - Falle und crimpgesiegelt. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig3.jpg" /> Abbildung 3. Feldeinstell. Draht geroutet Eingerichtet Brunnen (links), eingesetzt Falle an einem Brunnen (oben rechts) und Solarenergieverteilungssystem (unten rechts). Die Vertiefungen werden in dem Feld mit Sammelsysteme (einschließlich Verkabelung, Stromverteilung, und die Pumpe / Traps) ausgestattet. ther.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig4.jpg" /> Abbildung 4. Modifizierte gut Kappen Gasrückführleitungen zeigt. Diese Figur zeigt auch Kappen mit Gaseinlass modifiziert und Rücklaufleitungen. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig5.jpg" /> Abbildung 5. Historische CKW - Kontamination (g L -1). Diese Abbildung zeigt die historische CKW Kontamination an der Teststelle. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig6.jpg" /> Abbildung 6. PCA Bi-Plot keine Co-Korrelation zwischen gelösten Kationen und pH - Wert zeigt. Diese Figur zeigt einen bi-Plot der PCA - Scores und Belastungen aus hydrogeologischer Daten erstellt (pH und Kationen) für die Teststelle. Inhalt &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="7" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig7.jpg" /> Abbildung 7. kalibrierte ZOI Modell für die durchschnittlichen CO 2 Sammelquote (0,0048 gm -3). Die kalibrierte Hintergrund CO 2 -Konzentration betrug 6,5 gm -3 und die ZOI Schwellenkonzentration betrug 6,18 gm -3 (schwarze Linie). Längs- und Querdurchmesser der ZOI waren 2,28 m und 0,72 m sind. Tiefe des ZOI betrug 0,12 m. Geändert von 18. Diese Abbildung zeigt eine grafische Darstellung des ZOI-Modell in drei Dimensionen. <img alt="Abbildung 8" src="/files/ftp_upload/53233/53233fig8.jpg" /> Abbildung 8. Contaminant Abbaurate pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit. Geändert von 18. Dies ist der interpolierte Abbaurate für CH über den Untersuchungsstandort über die Zeitperiode abgetastet. Video 1. Entwicklung von ZOI mit MT3DMS23 - MODFLOW Simulation ( <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/53233/Video_1_ZOI_simuation.mp4" target="_blank">rechts klicken zum Download</a> ). Downloaden, installieren, initialisieren und erstellen Simulation für die ZOI. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Gut </td><td> δ 13 C (‰ VPDB) </td><td> Δ 14 C (‰) </td><td> Herkömmliche Alter (YBP) </td><td> Percent Moderne C (PMC) </td></tr><tr><td> MW-01 </td><td> -34 </td><td> -147 </td><td> 1280 </td><td> 85 </td></tr><tr><td> MW-21 </td><td> -28 </td><td> -663 </td><td> 8730 </td><td> 34 </td></tr><tr><td> MW-25 </td><td> -23 </td><td> -153 </td><td> 1340 </td><td> 85 </td></tr><tr><td> MW-26 </td><td> -25 </td><td> -298 </td><td> 2845 </td><td> 70 </td></tr><tr><td> MW-27 </td><td> -18 </td><td> ND * </td><td> ND * </td><td> ND * </td></tr><tr><td> MW-28 </td><td> -25 </td><td> -190 </td><td> 1695 </td><td> 81 </td></tr><tr><td> MW-30 </td><td> -35 </td><td> -254 </td><td> 2365 </td><td> 75 </td></tr><tr><td> MW-32 </td><td> -20 </td><td> ND * </td><td> ND * </td><td> ND * </td></tr><tr><td> MW-34 </td><td> -32 </td><td> -283 </td><td> 2670 </td><td> 72 </td></tr><tr><td> MW-35 </td><td> -25 </td><td> -598 </td><td> 7320 </td><td> 40 </td></tr><tr><td> MW-38 </td><td> -32 </td><td> -354 </td><td> 3515 </td><td> 65 </td></tr><tr><td> MW-41 </td><td> -28 </td><td> -232 </td><td> 2125 </td><td> 77 </td></tr><tr&gt; <td> MW-42 </td><td> -23 </td><td> -482 </td><td> 5280 </td><td> 52 </td></tr><tr><td colspan="5"> * ND Keine Daten - Pumpe undicht </td></tr></tbody></table> Tabelle 1 CO 2 Isotopenmessungen und Umbauten. CO 2 stabiler Isotope und Radiokarbon - Messungen und Umbauten an Einheiten in dem Manuskript verwendet. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> Parameter </td><td> Einheiten </td><td> Wert </td></tr><tr><td colspan="2"> Hydrologie </td><td></td><td></td></tr><tr><td rowspan="2"></td><td rowspan="2"> Hydraulische Leitfähigkeit </td><td rowspan="2"> ml h -1 </td><td> 0,44 (Aquifer) </td></tr><tr><td> 10 (gut) </td></tr><tr><td rowspan="2"></td><td rowspan="2"> Porosität (Aquifer) </td><td rowspan = &quot;2&quot;&gt; </td><td> 0,48 (Aquifer) </td></tr><tr><td> 0,99 (gut) </td></tr><tr><td></td><td> Schüttdichte </td><td> g cm -3 </td><td> 1.4 </td></tr><tr><td></td><td> spezifischer Ertrag </td><td> cm 3 cm -3 </td><td> 0,2 </td></tr><tr><td></td><td> hydraulischen Gradienten </td><td> mm -1 </td><td> 0,015 </td></tr><tr><td colspan="2"> CO 2 Solute Transport </td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td> Diffusionskoeffizient </td><td> m 2 h -1 </td><td> 5,77 x 10 -5 </td></tr><tr><td rowspan="2"></td><td> in Längsrichtung </td><td rowspan="2"> m </td><td rowspan="2"> 6.1 </td></tr><tr><td> Dispersivität </td></tr><tr><td rowspan="2"></td><td> Horizontale Quer </td><td rowspan="2"> m </td><td rowspan="2"> 0,61 </td></tr><tr><td> Dispersivität </td></tr><tr><td rowspan="2"> &lt;/ Td&gt; <td> vertikalen Quer </td><td rowspan="2"> m </td><td rowspan="2"> 0,061 </td></tr><tr><td> Dispersivität </td></tr><tr><td></td><td> Boden Gas CO 2 </td><td> % </td><td> 0,56 </td></tr></tbody></table> Tabelle 2. ZOI Modellparameter. Die verwendeten Parameter in der ZOI Modell und Simulationen. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> Sammlung Ratenniveau </td><td rowspan="2"> Hebesatz </td><td rowspan="2"> Hintergrundkonzentration </td><td colspan="4"> ZOI Größe </td></tr><tr><td> in Längsrichtung </td><td> Quer </td><td> Tiefe </td><td> Volumen </td></tr><tr><td></td><td> (G / h) </td><td> (g / m 3) </td><td> (M) </td><td></td><td></td><td> (m 3) </td></tr><tr><td> Maximal </td><td> 0,0131 </td> &lt;td&gt; 17,6 </td><td> 2,47 </td><td> 0,77 </td><td> 0,13 </td><td> 0,193 </td></tr><tr><td> Durchschnittlich </td><td> 0,0048 </td><td> 6.5 </td><td> 2,28 </td><td> 0,72 </td><td> 0,12 </td><td> 0,176 </td></tr><tr><td> Minimum </td><td> 0,0003 </td><td> 4 </td><td> 2,16 </td><td> 0,68 </td><td> 0,11 </td><td> 0,149 </td></tr></tbody></table> Tabelle 3. ZOI Modellausgaben. Modell Ausgänge für die ZOI. Diese Tabelle beschreibt die dreidimensionale Volumen für die ZOI. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Gut </td><td> f Haustier (%) </td><td> Contaminant Abbaurate (mg C d -1 ± 10%) </td><td> Schadstoffabbau pro Zeit- und Volumeneinheit (mg C m -3 d -1 ± 15%) </td></tr><tr><td> MW-01 </td><td> 0 </td><td> N / A </td><td> N / A </td></tr><tr><td> MW-21 </td><td> 60 </td><td> 5.6 </td><td> 32 </td></tr><tr><td> MW-25 ¥ </td><td> 1 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> MW-26 </td><td> 18 </td><td> 0,18 </td><td> 1 </td></tr><tr><td> MW-28 </td><td> 5 </td><td> 0,017 </td><td> 0,098 </td></tr><tr><td> MW-30 </td><td> 12 </td><td> 0.34 </td><td> 1.9 </td></tr><tr><td> MW-34 </td><td> 16 </td><td> 0,1 </td><td> 0,58 </td></tr><tr><td> MW-35 </td><td> 53 </td><td> 3.6 </td><td> 20 </td></tr><tr><td> MW-38 </td><td> 24 </td><td> 1.4 </td><td> 8.1 </td></tr><tr><td> MW-41 </td><td> 10 </td><td> 0,44 </td><td> 2.5 </td></tr><tr><td> MW-42 </td><td> 39 </td><td> 1.7 </td><td> 9.8 </td></tr><tr><td colspan="4"> NA Nicht anwendbar - MW-01 als Hintergrund verwendet wird (zB keine Verschmutzung) </td></tr><tr><td colspan = &quot;4&quot;&gt; ¥ Angenommene rein Gleichgewicht getriebene (zB keine Atmung) zu sein , </td></tr></tbody></table> Tabelle 4. Scaled Schadstoffabbau Schätzungen. Schätzungen für Schadstoffabbau pro Zeiteinheit und Volumeneinheit für gesampelte Brunnen.

Watch this Scientific Journal Video about Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses at JoVE.com

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A protocol is described wherein CO2 mineralized from organic contaminant (derived from petroleum feedstocks) biodegradation is trapped, quantified, and analyzed for 14C content. A model is developed to determine CO2 capture zone's spatial extent. Spatial and temporal measurements allow integrating contaminant mineralization rates for predicting remediation extent and time.

Messen auf Kohlenstoffbasis Contaminant Mineralisation mit kombinierten CO<sub&gt; 2</sub&gt; Flux und Radiokarbon-Analysen

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate ...

measuring-carbon-based-contaminant-mineralization-using-combined-co2

Research

JoVE Journal

Environment

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

11.6K Aufrufe.  US Naval Research Laboratory. A protocol is described wherein CO2 mineralized from organic contaminant (derived from petroleum feedstocks) biodegradation is trapped, quantified, and analyzed for 14C content. A model is developed to determine CO2 capture zone's spatial extent. Spatial and temporal measurements allow integrating contaminant mineralization rates for predicting remediation extent and time. 

Serie: Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

Measuring Fluxes of Mineral Nutrients and Toxicants in Plants with Radioactive Tracers

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. Radioisotope tracing is a major technique used to measure such fluxes, both within plants, and between plants and their environments. Flux data obtained with radiotracer protocols can help elucidate the capacity, mechanism, regulation, and energetics of transport systems for specific mineral nutrients or toxicants, and can provide insight into compartmentation and turnover rates of subcellular mineral and metabolite pools. Here, we describe two major radioisotope protocols used in plant biology: direct influx (DI) and compartmental analysis by tracer efflux (CATE). We focus on flux measurement of potassium (K+) as a nutrient, and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) as a toxicant, in intact seedlings of the model species barley (Hordeum vulgare L.). These protocols can be readily adapted to other experimental systems (e.g., different species, excised plant material, and other nutrients/toxicants). Advantages and limitations of these protocols are discussed.

In planta measurement of nutrient and toxicant fluxes is essential to the study of plant nutrition and toxicity. Here, we cover radiotracer protocols for influx and efflux determination in intact plant roots, using potassium (K+) and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) fluxes as examples. Advantages and limitations of such techniques are discussed.

Mess Flüsse von Mineralstoffen und Giftstoffe in Pflanzen, die mit radioaktiver Tracer

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. ...

Forschung

Umwelt

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the biogeochemical drivers of climate change and to the development and evaluation of GHG mitigation strategies based on modulation of landscape management practices. The static chamber-based method described here is based on trapping gases emitted from the soil surface within a chamber and collecting samples from the chamber headspace at regular intervals for analysis by gas chromatography. Change in gas concentration over time is used to calculate flux. This method can be utilized to measure landscape-based flux of carbon dioxide, nitrous oxide, and methane, and to estimate differences between treatments or explore system dynamics over seasons or years. Infrastructure requirements are modest, but a comprehensive experimental design is essential. This method is easily deployed in the field, conforms to established guidelines, and produces data suitable to large-scale GHG emissions studies.

This article showcases the static chamber-based method for measurement of greenhouse gas flux from soil systems. With relatively modest infrastructure investments, measurements may be obtained from multiple treatments/locations and over timeframes ranging from hours to years.

Messung der Treibhausgas-Flux aus landwirtschaftlichen Böden mit statischer Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most experiments examine only two or a few levels of CA concentration and a single soil type, but if CA can be varied as a gradient from subambient to superambient concentrations on multiple soils, we can discern whether past ecosystem responses may continue linearly in the future and whether responses may vary across the landscape. The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility applies a 250 to 500 &#181;l L-1 CA gradient to Blackland prairie plant communities established on lysimeters containing clay, silty clay, and sandy soils. The gradient is created as photosynthesis by vegetation enclosed in in temperature-controlled chambers progressively depletes carbon dioxide from air flowing directionally through the chambers. Maintaining proper air flow rate, adequate photosynthetic capacity, and temperature control are critical to overcome the main limitations of the system, which are declining photosynthetic rates and increased water stress during summer. The facility is an economical alternative to other techniques of CA enrichment, successfully discerns the shape of ecosystem responses to subambient to superambient CA enrichment, and can be adapted to test for interactions of carbon dioxide with other greenhouse gases such as methane or ozone.

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility creates a 250 to 500 &#181;l L-1 linear carbon dioxide gradient in temperature-controlled chambers housing grassland plant communities on clay, silty clay, and sandy soil monoliths. The facility is used to determine how past and future carbon dioxide levels affect grassland carbon cycling.

Ein CO<sub&gt; 2</sub&gt; Konzentration Gradient Facility for Testing CO<sub&gt; 2</sub&gt; Enrichment und Boden Auswirkungen auf Grünland-Ökosystemen Funktion

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

The Benthic Exchange of O2, N2 and Dissolved Nutrients Using Small Core Incubations

The measurement of sediment-water exchange of gases and solutes in aquatic sediments provides data valuable for understanding the role of sediments in nutrient and gas cycles. After cores with intact sediment-water interfaces are collected, they are submerged in incubation tanks and kept under aerobic conditions at in situ temperatures. To initiate a time course of overlying water chemistry, cores are sealed without bubbles using a top cap with a suspended stirrer. Time courses of 4-7 sample points are used to determine the rate of sediment water exchange. Artificial illumination simulates day-time conditions for shallow photosynthetic sediments, and in conjunction with dark incubations can provide net exchanges on a daily basis. The net measurement of N2 is made possible by sampling a time course of dissolved gas concentrations, with high precision mass spectrometric analysis of N2:Ar ratios providing a means to measure N2 concentrations. We have successfully applied this approach to lakes, reservoirs, estuaries, wetlands and storm water ponds, and with care, this approach provides valuable information on biogeochemical balances in aquatic ecosystems.

The Benthic Exchange of O2, N2 and Dissolved Nutrients Using Small Core Incubations

Here, we present small core incubations for the measurement of sediment-water gas and solute exchange. These will provide reliable measurements of sediment-water exchange that assess the role of sediment in influencing biological and biogeochemical processes in aquatic ecosystems.

Die Benthic Austausch von O<sub&gt; 2</sub&gt;, N<sub&gt; 2</sub&gt; Und gelöste Nährstoffe mit kleinen Kern Inkubationen

The measurement of sediment-water exchange of gases and solutes in aquatic sediments provides data valuable for understanding the role of sediments in ...

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is highly sensitive to disturbance. It is also the primary substrate for soil microorganisms, which is fundamental to nutrient cycling. Due to these attributes, labile organic carbon (LOC) has been identified as an indicator parameter for soil health. Quantifying the turnover rate of LOC also aids in understanding changes in soil nutrient cycling processes. A sequential fumigation incubation method has been developed to estimate soil LOC and potential C turnover rate. The method requires fumigating soil samples and quantifying CO2-C respired during a 10 day incubation period over a series of fumigation-incubation cycles. Labile organic C and potential C turnover rate are then extrapolated from accumulated CO2 with a negative exponential model. Procedures for conducting this method are described.

Labile organic carbon (LOC) and the potential carbon turnover rate are sensitive indicators of changes in soil nutrient cycling processes. Details are provided for a method based on fumigating and incubating soil in a series of cycles and using the CO2 accumulated during the incubation periods to estimate these parameters.

Bewertung von Labile organischer Kohlenstoff im Boden Mit Sequential Begasung Incubation Procedures

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space of a carbonate rock at pressures and temperatures representative of typical formations used for CO2 storage. Chemical equilibrium between the CO2, brine and rock phases was maintained using a high pressure high temperature reactor, replicating conditions far away from the injection site. Fluid flow was controlled using high pressure high temperature syringe pumps. To maintain representative in-situ conditions within the micro-CT scanner a carbon fiber high pressure micro-CT coreholder was used. Diffusive CO2 exchange across the confining sleeve from the pore-space of the rock to the confining fluid was prevented by surrounding the core with a triple wrap of aluminum foil. Reconstructed brine contrast was modeled using a polychromatic x-ray source, and brine composition was chosen to maximize the three phase contrast between the two fluids and the rock. Flexible flow lines were used to reduce forces on the sample during image acquisition, potentially causing unwanted sample motion, a major shortcoming in previous techniques. An internal thermocouple, placed directly adjacent to the rock core, coupled with an external flexible heating wrap and a PID controller was used to maintain a constant temperature within the flow cell. Substantial amounts of CO2 were trapped, with a residual saturation of 0.203 &#177; 0.013, and the sizes of larger volume ganglia obey power law distributions, consistent with percolation theory.

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Reservoir Zustand Pore angelegte Imaging von mehreren fluiden Phasen Mit Hilfe der Röntgenmikrotomographie

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

Ingenieurwesen

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonate (CaCO3) profiles. The objective is to describe a simple conceptual model and detailed protocol for repeatable field and laboratory measurements of these quantities. Here, accurate elevation is measured using a ground-based differential global positioning system (GPS); other data acquisition methods could be applied to the same basic method. Soil samples are collected from prescribed depth intervals and analyzed in the lab using an efficient and precise modified pressure-calcimeter method for quantitative analysis of inorganic carbon concentration. Standard statistical methods are applied to point data, and representative results show significant correlations between changes in soil surface layer CaCO3 and changes in elevation consistent with the conceptual model; CaCO3 generally decreased in depositional areas and increased in erosional areas. Maps are derived from point measurements of elevation and soil CaCO3 to aid analyses. A map of erosional and depositional patterns at the study site, a rain-fed winter wheat field cropped in alternating wheat-fallow strips, shows the interacting effects of water and wind erosion affected by management and topography. Alternative sampling methods and depth intervals are discussed and recommended for future work relating soil erosion and deposition to soil CaCO3.

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonates. Repeatable methods for field and laboratory measurements of these quantities and data analysis methods are described here.

Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod

Aquatic sediment core subsampling is commonly performed at cm or half-cm resolution. Depending on the sedimentation rate and depositional environment, this resolution provides records at the annual to decadal scale, at best. An extrusion method, using a calibrated, threaded-rod is presented here, which allows for millimeter-scale subsampling of aquatic sediment cores of varying diameters. Millimeter scale subsampling allows for sub-annual to monthly analysis of the sedimentary record, an order of magnitude higher than typical sampling schemes. The extruder consists of a 2 m aluminum frame and base, two core tube clamps, a threaded-rod, and a 1 m piston. The sediment core is placed above the piston and clamped to the frame. An acrylic sampling collar is affixed to the upper 5 cm of the core tube and provides a platform from which to extract sub-samples. The piston is rotated around the threaded-rod at calibrated intervals and gently pushes the sediment out the top of the core tube. The sediment is then isolated into the sampling collar and placed into an appropriate sampling vessel (e.g., jar or bag). This method also preserves the unconsolidated samples (i.e., high pore water content) at the surface, providing a consistent sampling volume. This mm scale extrusion method was applied to cores collected in the northern Gulf of Mexico following the Deepwater Horizon submarine oil release. Evidence suggests that it is necessary to sample at the mm scale to fully characterize events that occur on the monthly time-scale for continental slope sediments.

An extrusion method using a calibrated threaded-rod is presented, which allows for mm scale subsampling of aquatic sediment cores. Millimeter-scale sampling is necessary to fully characterize recent event stratigraphy in sediment records.

Bohrkern Extrusionsverfahren bei Millimeter-Auflösung ein kalibriertes, Gewindestange Mit

Aquatic sediment core subsampling is commonly performed at cm or half-cm resolution. Depending on the sedimentation rate and depositional environment, ...

Chemie

Sampling and Pretreatment of Tooth Enamel Carbonate for Stable Carbon and Oxygen Isotope Analysis

Stable carbon and oxygen isotope analysis of human and animal tooth enamel carbonate has been applied in paleodietary, paleoecological, and paleoenvironmental research from recent historical periods back to over 10 million years ago. Bulk approaches provide a representative sample for the period of enamel mineralization, while sequential samples within a tooth can track dietary and environmental changes during this period. While these methodologies have been widely applied and described in archaeology, ecology, and paleontology, there have been no explicit guidelines to aid in the selection of necessary lab equipment and to thoroughly describe detailed laboratory sampling and protocols. In this article, we document textually and visually, the entire process from sampling through pretreatment and diagenetic screening to make the methodology more widely available to researchers considering its application in a variety of laboratory settings.

Stable carbon and oxygen isotope analysis of human and animal tooth enamel carbonate has been used as a proxy for individual diet and environmental reconstruction. Here, we provide a detailed description and visual documentation of bulk and sequential tooth enamel sampling as well as pretreatment of archaeological and paleontological samples.

Probenahme und Vorbehandlung des Zahnschmelzes Carbonat für stabile Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotopen-Analyse

Stable carbon and oxygen isotope analysis of human and animal tooth enamel carbonate has been applied in paleodietary, paleoecological, and ...

Biochemie

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem production, NEP), in non-typical ecosystems, on a currently reforested windthrow area in Poland. After a tornado event, a relatively narrow &#8220;corridor&#8221; was created within surviving forest stands, which complicates such kind of experiments. The application of other measuring techniques, such as the chamber method, is even more difficult under these circumstances, because especially at the beginning, fallen trees and in general great heterogeneity of the site provide a challenging platform to perform flux measurements and then to properly upscale obtained results. In comparison with standard EC measurements carried out in untouched forests, the case of windthrow areas requires special consideration when it comes to the site location and data analysis in order to ensure their representativeness. Therefore, here we present a protocol of real-time, continuous CO2 flux measurements at a dynamically changing, non-ideal EC site, which includes (1) site location and instrumentation setup, (2) flux computation, (3) rigorous data filtering and quality control, and (4) gap filling and net fluxes partitioning into CO2 respiration and absorption. The main advantage of the described methodology is that it provides a detailed description of the experimental setup and measurement performance from scratch, which can be applied to other spatially limited ecosystems. It can also be viewed as a list of recommendations on how to deal with unconventional site operation, providing a description for non-specialists. Obtained quality-checked, gap filled, half-hour values of net CO2, as well as absorption and respiration fluxes, can be finally aggregated into daily, monthly, seasonal or annual totals.

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

The presented protocol uses the eddy covariance method at non-typical locations, applicable to all types of short-canopy ecosystems with limited area, on a currently reforested windthrow site in Poland. Details of measuring site setup rules, flux calculations and quality control, and final result analysis, are described.

Messungen von CO2-Flüssen an nicht-idealen Eddy-Kovarianzstellen

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Messen auf Kohlenstoffbasis Contaminant Mineralisation mit kombinierten CO

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video