Sedimenti Nucleo estrusione Metodo a Millimeter risoluzione usando una calibrata, filettata-rod

Riepilogo

Un metodo di estrusione utilizzando un calibrato filettato asta viene presentato, che permette di sottocampionamento scala mm di carote di sedimento acquatici. campionamento Millimeter-scala è necessario per caratterizzare completamente recente stratigrafia evento record sedimenti.

Abstract

Aquatic sottocampionamento nucleo sedimento viene comunemente eseguita a risoluzione cm o mezza cm. A seconda della velocità di sedimentazione e ambiente sedimentario, presente risoluzione fornisce registrazioni presso l'annuale a decennale scala, nella migliore delle ipotesi. Un metodo di estrusione, utilizzando un calibrato, filettato asta è presentato qui, che permette di sottocampionamento millimetriche scala da sedimenti acquatici di vari diametri. Millimeter sottocampionamento scala permette di sub-annuale per l'analisi mensile del record sedimentario, un ordine di grandezza superiore a schemi tipici di campionamento. L'estrusore è costituito da un telaio 2 m alluminio e base, due morsetti core tube, a-barra filettata, ed un pistone 1 m. Il nucleo sedimento è posto sopra il pistone e fissato al telaio. Un collare di campionamento acrilico viene apposto i superiori 5 cm del tubo di base e fornisce una piattaforma da cui estrarre sub-campioni. Il pistone viene ruotato attorno al-barra filettata ad intervalli calibrati e spinge delicatamente il sedimento per lap del tubo centrale. Il sedimento viene poi isolato nel colletto di campionamento e collocato in un recipiente di campionamento adeguato (per esempio, vaso o in borsa). Questo metodo conserva anche i campioni non consolidate (cioè, alta porosità contenuto di acqua) in superficie, fornendo un volume di campionamento coerente. Questo metodo di estrusione scala mm è stato applicato ai nuclei raccolti nel nord del Golfo del Messico a seguito del rilascio di petrolio sottomarino Deepwater Horizon. L'evidenza suggerisce che è necessario campionare alla scala mm a caratterizzare completamente eventi che si verificano sulla scala temporale mensile per sedimenti pendenza continentali.

Introduzione

Campioni di carote sedimenti lacustri, estuario, e ambienti marini (piattaforma continentale e pendenza) hanno fornito registrazioni di salinità, temperatura, gli inquinanti organici e inorganici e molti altri parametri ambientali sulla decennale per millenarie scale temporali ^{1-3,6,8,13 , 17.} Nella maggior parte dei casi, le pratiche standard sono a sezione questi core a mezzo centimetro o centimetro intervalli di ^5,15. Questa risoluzione è appropriata per il multi-anno, decennale o la risoluzione scala più alta nella maggior parte dei casi. La necessità di una maggiore risoluzione di estrusione è stato recentemente dimostrato in alcuni rapporti che rilevate variabilità dei biomarcatori sedimentari / proxy su una scala fine lungo il profilo verticale del nucleo sedimento ^11,16. Nel caso di recente sedimentazione che si verifica su scale temporali di mesi a un anno, è quindi necessario utilizzare più sottili metodi di risoluzione sottocampionamento (ad esempio, dimensioni mm). Questo è spesso difficile con sedimenti acquatici a causa di tegli non consolidata natura dei sedimenti superficiali.

Vi presentiamo un metodo di estrusione nucleo di sedimenti che fornisce sub-campioni di sedimento scala mm. Abbiamo quindi applicare questo metodo di estrusione di sedimenti del nord del Golfo del Messico dopo l'evento Deepwater Horizon (DWH). Questa applicazione dimostra l'efficacia di sottocampionamento millimetri scala nella caratterizzazione stratigrafia evento sub-annuale relativo ai sistemi deposizionali antropiche influenzati.

risoluzione mensile o sub-annuale scala in record sedimentari è particolarmente vantaggioso nella caratterizzazione di stratigrafia evento a breve termine. valutazioni ambientali con risoluzione sub-annuale sono in grado di caratterizzare completamente eventi di sedimentazione di origine antropica.

I sedimenti nel nord del Golfo del Messico che sono stati colpiti dall'evento petrolifera Deepwater Horizon forniscono un esempio di stratigrafia evento completamente caratterizzato utilizzando millimetri (sub-annuale) scampionamento risoluzione cale. Al termine della manifestazione Deepwater Horizon (DWH) nel 2010, sedimenti pendenza continentali del nord-Golfo del Messico (Ngom) è venuto a contatto con gli idrocarburi attraverso un aumento dell'ordine di grandezza di flocculante deposizione di idrocarburi ^{4,9,10,12,14,18.} L'aumento della sedimentazione è stato causato da un evento ^{4,9,10,12,14,18} Marine Oil neve sedimentazione e flocculante accumulo (MOSSFA). Ciò ha provocato circa 6-10 mm di accumulo di sedimenti in un periodo di 6-12 mesi dalla metà del 2010 per l'inizio del 2011 ^4. Era necessario sottocampione questi campioni di sedimenti in millimetri scala per caratterizzare pienamente gli ingressi, dei tassi di sedimentazione e processi post-deposizionali.

Protocollo

1. Raccogliere sedimenti Cores

1. Raccogliere nucleo acquatico sedimenti utilizzando multi-core, nucleo scatola, nucleo pistone, ecc ^4,7,12,14. Assicurarsi che la sezione centrale è pari o inferiore a 1 m.
2. Inserire policarbonato o puck acrilico nel fondo del nucleo. Assicurarsi che il disco è coerente con il diametro interno del tubo centrale. Inserire una guarnizione in gomma sul diametro esterno del disco di conservare la totalità del nucleo sedimenti.
3. Al recupero del nucleo, estrudere immediatamente o pacchetto per trasporto e magazzinaggio (vedere i passaggi 1.4 a 1.6 per lo stoccaggio e il trasporto).
4. Inserire una schiuma o puck acrilica nella superficie del tubo centrale e premere delicatamente fino a quando la schiuma o acrilico è appena sopra l'interfaccia sedimenti per mantenere l'integrità dell'interfaccia sedimenti-acqua durante il trasporto e lo stoccaggio.
5. Posizionare tappo sulla parte superiore del tubo centrale e sigillare con nastro isolante. Mettere tappo sul fondo della provetta core e sigillare con electrical nastro. Etichettare il tappo superiore con necessario progetto e identificativi del campione.
6. core Conservare a temperatura desiderata sulla base di analisi desiderata.
   NOTA: Per esempio, nuclei utilizzati per l'analisi chimica organica o analisi biologica possono essere congelati (-20 ° C), mentre nuclei radioisotopi di breve durata possono essere conservati a temperatura ambiente (~ 20-25 ° C).

2. Preparare vasi sottocampione e strumenti

1. Label vasi sottocampione (ad esempio, giare, sacchi o bicchieri) con il nome del progetto, il sito di base e di incremento (ad esempio, PROGETTO NAME_CORE SITE_0 - 2 mm), insieme ad ogni altra informazione di identificazione pertinenti (ad esempio, data, tipo di nucleo).
2. Assemblare e sterilizzare (metanolo) necessari strumenti di taglio (ad esempio, le pale acriliche, spatole, ecc) e dispositivi di protezione individuale (ad esempio, guanti, camici, ecc).
   Nota: Questi utensili e le relative procedure di sterilizzazione dipendono dal tipodell'analisi essere fatto su ogni sotto-campione. Ad esempio, l'uso di metallo e acriliche attrezzi (al contrario di plastica) è essenziale per l'analisi chimica organica, che implementa acrilico e plastica (al contrario di metallo) deve essere utilizzato per analisi inorganica oligoelemento.

3. Preparare sedimenti core per estrusione

1. Se il nucleo è stato memorizzato o conservati, togliere il tappo di fondo prima. Per fare questo taglio tappo inferiore con una lama di rasoio e consentire il tappo superiore di mantenere un vuoto, che detiene il sedimento nel tubo durante il trasferimento all'estrusore (il disco di estrusione deve essere già inserita nel fondo dei nuclei conservati ) (Figura 1).
2. Quando estrusione immediatamente dopo la raccolta, inserire il disco di estrusione nella parte inferiore del nucleo. Quindi impostare delicatamente il tubo centrale sul pistone e fissare il nucleo all'estrusore utilizzando i morsetti.
3. Assicurarsi che vi sia almeno 5 cm di tubo nucleo rimanente abovvia e la fascetta superiore per il collare di campionamento.
4. Rimuovere il tappo superiore.
5. Posizionare il collare campionamento sulla parte superiore del tubo centrale. Assicurarsi che il collare è seduto a filo con il grado superiore del tubo centrale per evitare la perdita del campione.
6. Esempio (o scartare se non necessario) l'acqua sopra il sedimento, a questo punto con una siringa o di sifone.
7. Dopo l'estrazione dell'acqua, iniziare ruotando il pistone per allineare la superficie più sedimenti con la superficie del collare campionamento.

4. Estrusione

1. Ruotare il pistone alla risoluzione di campionamento desiderata (tipicamente 1-2 mm, 1 rotazione completa = 2 mm sottocampione) (Figura 1).

Figura 1:. Fotografie di Estrusore fotografici dell'estrusore definiscono il pistone (1), di accoppiamento (2), filettata dell'asta (3), base estrusore (4), morsetti (5), tubo centrale (6), samplcollare (7), e elastico (8) ing. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

2. Utilizzare la piastra acrilica (tagliate al diametro interno del collare campionamento) per fare il taglio campione iniziale. Successivamente spostare il sottocampione verso il bordo del collare campionamento lentamente mentre posizionando il recipiente di campionamento appropriata sotto la bocca del collare campionamento.
3. Inizia a spingere il campione nel recipiente di campionamento. Dopo la maggioranza del campione è nel recipiente, utilizzare gli strumenti più piccoli (ad esempio, spatola) per spostare ogni campione rimanente nel collare campionamento al vaso di campionamento.
4. Utilizzare il più piccolo implementare per pulire il residuo di campione dalla piastra acrilico e qualsiasi altra superficie campionamento nel recipiente di campionamento.
5. Una volta che il campione è completamente trasferito dal collare campionamento alla nave, pulire il campionamento tools con acqua deionizzata, salviette di laboratorio e / o altro fluido sterilizzante (ad esempio, metanolo). Pulire il collare di campionamento conseguenza con salviette di laboratorio, acqua deionizzata e altra soluzione sterilizzante.
6. Sigillare il contenitore del campione e preparare il contenitore del campione successivo per l'estrusione. Ripetere i passaggi 4.1 tramite 4.5 per ogni sotto-campione.

5. Ripristino del estrusore

1. Ripristinare l'estrusore manualmente. Utilizzare una banda trapano e gomma per accelerare il processo di ripristino del pistone al fondo del-barra filettata.
2. Posizionare l'elastico attorno al pistone in prossimità della base per la maggior stabilità.
3. Stretch il nastro di gomma attorno alla testa del trapano e impostare la direzione del trapano per ruotare il pistone verso il basso.
4. Ruotare il pistone con una bassa velocità sul trapano fino a raggiungere l'altezza desiderata sopra la base dell'estrusore.
   Nota: Questa altezza è basato sulla lunghezza del nucleo da estrudere e desiderato campionamento HEIGHT.

Risultati

Nuclei dal sito DSH08 sono stati raccolti nel dicembre 2010 (29 ° 7.25 'N, 87 ° 51.93' W, 1.143 m di profondità) utilizzando un oceano Instruments MC-800 multicorer. Questi nuclei vengono estruse a 2 mm per i superficiali 15 cm (o più) utilizzando il protocollo di cui sopra. Il pre-DWH (prima del 2010) e post-DWH (2010) intervalli del nucleo sono stati determinati utilizzando un radioisotopo di breve durata accoppiato ⁽²³⁴ ° e ²¹⁰ Pb) geocronologia ^4. Diverse altre analisi sono state effettuate per vincolare gli ingressi sedimentarie, tassi di deposizione e processi post-deposizionali in questo sito dopo l'evento Deepwater Horizon. Oltre all'analisi di breve durata radioisotopi, la concentrazione alifatici totali ^12, metalli sensibili redox (manganese, renio) ^7, e totale bentonici densità foraminiferi ¹⁴ sono stati quantificati. Un confronto di ciascuno di questi parametri in scala scala mm e cm è stata eseguita (tabelle2 e 3, Figura 2). Dati scala Centimetro era composta integrato,, i dati su scala mm.

Top Profondità (mm)	Eccesso Pb-210 (dpm / g)	Eccesso Th-234 (dpm / g)	Th-234 e Pb-210 unita modella Età (anno)	Totale foraminiferi Densità (indiv./cm 3)	[Ri] (ng / g)	[MN] (mg / g)	totale Alifatici (ng / g)
0	71.81	6.19	2010.9	1			336.922,6
2	71.81	5.14	2010.9	3	0.69	10.2	53.701,4
4	69.91	2.72	2010.8	2	0.53	15.9	77.081,2
6	70.32	1.57	2010.8	6	0.57	12.1	48.057,4
8	69.67	1.15	2010.7	10	0.61	11.3	42.888,0
10	61.39	0,29	2.009,6	10	0.73	8.30	50.786,4
12	56.50	0.64	2008.5	12	0.75	7.1	51.582,9
14	63.31	0.00	2007.5	11			52.126,8
16	51.55	0.00	2006.5	11	0,79	6.9	59.046,6
18	51.69	0.00	2005.6	10	0.77	7.1	48.384,8
26	44.26		2.000,7	9			31.774,7
32	38.25		1.997,2	9	0.83	8.3	37.128,4
34	41.57		1.996,0	12			25.849,4
38	39.11		1.993,1				29.901,6
42	35.18		1.990,1	10	0.89	8.0	25730.4
46	38.80		1.987,0	12			23.159,6
48	32.58		1.985,3				21.387,0
50	26.71		1.983,3	9	0.94	5.3	15.331,0
70	17.32		1.965,8	11	1.33	2.2
90	10.32		1.945,9		2.04	1.3
110	5.36		1.923,3		2.12	1.2
130	2.21		1.899,1
140	1.71		1.888,5

Tabella 1: Millimeter-scala risoluzione dei dati dal nucleo del sito DSH08 attività breve durata radioisotopi, geocronologia, bentonici densità di foraminiferi, le concentrazioni di metalli sensibili redox in fase solida (Mn, Re), e record di concentrazione alifatici totali per sito principale DSH08 raccolti nel mese di dicembre. 2010 subsampled a due incrementi millimetri ^4,7,12,14.

Top Profondità (mm)	Eccesso Pb-210 (dpm / g)	Eccesso Th-234 (dpm / g)	Th-234 e Pb-210 unita modella Età (anno)	Totale foraminiferi Densità (indiv./cm 3)	[Ri] (ng / g)	[MN] (mg / g)	totale Alifatici (ng / g)
0	70.70	N / A	2010	4	0.60	12.4	111.730,1
1	56.89		2006.2	11	0.76	7.3	52.385,5
2	44.26		2.000,5	9	0.00		31.774,7
3	39.65		1995.5	12	0.83	8.3	30.959,8
4	35.52		1.989,7	11	0.89	8.0	22.273,3
5	26.71		1.981,9	9	0.94	5.3	15.331,0
6
7	17.32		1.967,1	11	1.33	2.2
8
9	10.32		1.945,2		2.04	1.3
10
11	5.36		1.917,6		2.12	1.2
12
13	2.21
14	1.71

Tabella 2: Centimetro -s cale risoluzione dei dati dal nucleo del sito DSH08 attività breve durata radioisotopi, geocronologia, bentonici densità di foraminiferi, le concentrazioni di metalli sensibili redox in fase solida (Mn, Re), e record di concentrazione alifatici totali per sito principale DSH08 raccolti. dicembre 2010 integrata a incrementi di un centimetro ^4,7,12,14.

Figura 2: Rappresentazione grafica di millimetro e Centimetro scala risoluzione dei dati. Activ radioisotopi di breve duratavità, modello età, bentonici densità foraminiferi, le concentrazioni di metalli sensibili redox in fase solida (Mn, Re), e registra concentrazione alifatici totali per sito principale DSH08 raccolti nel dicembre 2010, un sotto-campione a due incrementi di millimetro (diamanti blu) e incrementi di un centimetro (quadrati rossi) ^4,7,11,13. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Sottocampionamento Millimeter scala (e condizioni sedimentari, vedi ⁴⁾ consentito per ²³⁴ Th da utilizzare come un cronometro sulla scala sub-annuale (n = 7). Su scala cm, questi dati non sarebbe possibile per produrre un geocronologia perché centimetro superficie si ridurrebbe a una misurazione (n = 1). Totale concentrazioni alifatici sono passati da 36,322.3 ng / g di peso secco (pre-DWH) per 336,922.6 ng / g di peso secco (post-DWH) secondo i registri di scala mm, mentre esimoe aumento di post-DWH in base alla media integrato centimetri scala era 111,730.1 ng / g di peso secco. Totale bentonici densità foraminiferi diminuita da pre-DWH (media = 11 indiv./cm ³⁾ post-DWH (media = 1 indiv./cm ³⁾ a scala mm (n = 17) e dalla pre-DWH (media = 10 indiv./cm ³⁾ post-DWH (media = 4 indiv./cm ³⁾ a scala cm (n = 7). Il sottile aumento renio nel superficiali 2 mm che è indicativo delle condizioni riducenti, non sarebbe anche risolto alla risoluzione centimetro.

Discussione

L'estrusore può essere modificato per ospitare più diametri di tubo centrale. Se il diametro del nucleo è cambiato, quindi il pistone, disco, e diametri di serraggio devono essere adeguati di conseguenza. Questa modifica consente ampie applicazioni in lacustre e la raccolta sedimenti marini. Le carote di sedimento possono essere estrusi in campo o in laboratorio. Una modifica comune per facilitare spedizione di questo sistema di estrusione è di costruire in due sezioni; una sezione inferiore (base e pistone) può essere accoppiato alla parte superiore (morsetti).

Ci sono alcune limitazioni a questo metodo di estrusione. Il primo di questi è che ciascun core, o sezione di base, devono essere tagliati alla lunghezza di un metro o meno. Come con qualsiasi metodo di estrusione, c'è anche inevitabilmente una certa compattazione. Tuttavia, compattazione causata da questo metodo è minima. La riproducibilità di più record estrusi in questo modo si trova a 2-4 mm. Questo riproducibilità è stimata su confronti tra diversirecord (traccia di metallo, geochimica organica, foraminiferi bentonici, sedimentologia) raccolti sullo stesso dispiegamento di un sistema multicore otto core. Questo metodo di estrusione è anche più adatto per i sedimenti che sono principalmente (> 50%) limo e argilla particelle di dimensioni. Sedimenti prevalentemente (> 50%) costituito da particelle di dimensioni sabbia tende ad impegnare, provocando ulteriore compattazione, a causa di un elevato coefficiente di attrito. La limitazione finale associato con questo metodo è la quantità di sedimenti disponibile da ogni incremento a risoluzione millimetrica scala. Questo metodo fornisce circa 15-20 g di massa umida e 3-10 g di massa secca a una risoluzione di 2 mm, che può essere restrittiva per alcuni protocolli analitici.

I record sedimentari della manifestazione Deepwater Horizon nel Golfo del Messico settentrionale dimostrano l'efficacia di sottocampionamento millimetri scala. Prima di tutto, ²³⁴ Th datazione non sarebbe stato possibile senza sottocampionamento millimetri scala. Questa datazione metodo può essere applicato solo in determinate circostanze, che sono ulteriormente discussi ^4. L'impulso di materiale oliata flocculante dopo l'evento Deepwater Horizon ha soddisfatto queste condizioni, il deposito fino a 8 mm di materiale in certi siti nel nord del Golfo del Messico entro 6-12 mesi. Senza campionamento scala mm, il geocronologia di questo evento non sarebbe stato risolto sulla scala sub-annuale (tabelle 2 e 3). Oltre ai ²³⁴ record Th, redox sensibili tracce metalli, bentonici densità foraminiferi ei record geochimica organici di questo evento sarebbe stato limitato a un punto dati centimetro di superficie (Tabella 3). Invece, usando sub millimetrica campionamento scala fornito un (5-10 punto di dati) registrazione dettagliata e robusta della manifestazione MOSSFA. In particolare, un aumento di 4 volte (n = 18) di cui sopra Deepwater Horizon pre-valori in alifatici totali con sottocampionamento scala mm sarebbero stati ridotti a un 2 volteaumentare, con sottocampionamento cm scala (n = 6). Di conseguenza, una diminuzione della densità bentonici foraminiferi del 90% usando mm sottocampionamento scala sarebbe ridotta ad una diminuzione del 60% utilizzando cm sottocampionamento scala. Senza questo campionamento alta risoluzione, discrete doppie punte di ossido di Mn, così come i cambiamenti nelle concentrazioni Re sedimentarie associati ai cambiamenti redox non allo stato stazionario non sarebbero risolti. Nel complesso, questo sistema di estrusione permette di sottocampionare sedimenti a scala mm, mantenendo l'intero volume del campione e può essere modificato per numerose applicazioni in campionamento sedimenti acquatico. Le future applicazioni di questo metodo possono includere la valutazione delle fuoriuscite di petrolio del passato, a causa della stratigrafia evento scala mm associati a rilasci di petrolio del sottosuolo. Altre applicazioni possono includere record lacustri di scala mm variabilità climatica. Millimeter scala sub-campionamento si è dimostrato efficace nel caratterizzare stratigrafia evento nel contesto antropico influenzatosistemi.

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Extruder	Custom Fabrication		Aluminum base and clamps, steel threaded rod
Piston	Custom Fabrication		PVC tubing with acrylic cap
Polycarbonate Core Tube	SABIC Poymershapes	68374192
Acrylic puck/Rubber Gasket	Custom Fabrication
Acrylic sampling collar	Custom Fabrication
Acrylic plate	Custom Fabrication		One edge bevelled at 45 degree angle
Putty knife	Fisher Scientific	19-166-432
Steel/Acrylic Plates	Custom Fabrication
Electrical tape	McMaster Carr	76455A28
Siphon or Syringe	Fisher Scientific	14-176-227, 14-823-2A
Razor blade	Fisher Scientific	12-640
Drill	Ryobi	P-882
Thick rubber band	Staples	831636	2 - 3 cm in width, larger diameter than piston
Personal protection equipment	Fisher Scientific	Gloves-19-058-801C, lab coat- 17-100-850, Goggles-19-181-501	e.g., gloves, lab coat, goggles
Sample labels	Fisher Scientific	15920
Sample vessels	Fisher Scientific	Whirlpak- 01-812-3,  Jar- 02-911-791	e.g., whirlpak bags, jars, etc.
Laboratory wipes	Fisher Scientific	06-666-11	e.g., kim wipes
Methanol	Fisher Scientific	BP1105-1
Deionized water