Name: sediment core sectioning and extraction of pore waters under anoxic conditions
Uploaded: 2016-03-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 21 s
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Questa ricerca è stata in parte sostenuto dal programma della National Science Foundation RAPID (NSF-1.048.925, 1.048.919, e 1.048.914) per Alison Keimowitz, Ming-Kuo Lee, Benedetto Okeke, e James Saunders.

1. Preparazione di apparecchiature <ol><li> Preparazione di Core Liner <ol><li> Calcolare lo spessore della fetta di base che verrà ottenuto utilizzando Volume = πr 2 x spessore; il volume finale deve essere &lt;50 cm 3. Con un diametro del nucleo 10 centimetri, fette spesse 2 cm possono essere ottenuti. NOTA: Non è necessario che il volume necessario un pieno 50 ml, ma i volumi porewater ottenuto sarà proporzionalmente più piccole. </li><li> Utilizzando un seghetto (o simile) slice uno di linea di base, o un tubo di plastica di diametro identico, in 2 cm anelli (o altro spessore se si utilizza un nucleo diverso diametro). Ottenere 3-5 anelli. </li><li> Pulire tutto il materiale di plastica che verranno a contatto con i sedimenti, tra cui le fodere di base, le protezioni di base, anelli, affettatrici core, provette da centrifuga, siringhe, e cucchiai monouso. (Impregna materie plastiche a 10% HCl per 24 ore, risciacquare materie plastiche 3x in Nanopure (22 MW acqua), e che materiali di aria secca, preferibilmente in una laminareflusso cappuccio, prima del confezionamento.) </li></ol></li><li> Preparazione del Laboratorio Jack <ol><li> Tagliare un pezzo di compensato, con un seghetto, per coprire il 6 &quot;x 6&quot; dimensioni della piastra superiore del martinetto laboratorio e praticare un foro al centro di questa compensato utilizzando un foro per sega ad un trapano. NOTA: Questo buco dovrebbe essere solo leggermente più grande del diametro di pezzi diluenti PVC; per le dimensioni utilizzate qui, il foro dovrebbe essere 2 ¾ &quot;. </li><li> Praticare quattro piccoli fori nei bordi di questo compensato per abbinare i fori sulla piastra superiore della presa laboratorio utilizzando una punta da trapano regolare su un trapano a mano o trapano. Fissare il compensato alla presa laboratorio con fascette. NOTA: Non ci dovrebbero essere &quot;wiggle&quot; in questa compensato. </li></ol></li><li> Praticare un foro al centro di circa 2 &#39;x 1,5&#39; compensato leggermente maggiore del diametro esterno dei rivestimenti di base utilizzando una sega a tazza. Per 10 cm fodere nucleo di diametro, un foro di 10,5-11,5 cm sarà appropriaTE. Questo legno è la piastra guida di base. </li><li> Preparazione del Nucleo estrusore (Pistone) <ol><li> Ottenere un tappo di gomma di laboratorio che si adatta perfettamente all&#39;interno delle fodere principali. Se nessuno è disponibile, radere uno a misura con un rasoio. Non utilizzare un troppo-piccolo tappo. </li><li> Avvitare il tappo di laboratorio per un circa 1&#39;-1.5 &#39;lungo, 1 &quot;di diametro tassello o scopa manico. Coprire la testa della vite sulla faccia del tappo con nastro isolante impermeabile. NOTA: Il lato maggiore del tappo deve essere rivolto lontano dal tassello. </li></ol></li><li> Tagliare un 1,5 &#39;durata circa di tubo in PVC in ~ 6 &quot;lunghi tratti. NOTA: Il diametro interno deve essere maggiore del grano nel passaggio 1.4.2, ma più piccola del tappo nel passaggio 1.4.1. Questo protocollo assume usando standard &quot;PVC con un vero diametro esterno di 2,375&quot; 2. Questi pezzi di PVC sono gli estensori di base. </li><li> Montare tutte le altre attrezzature necessarie elencati nella Lista dei materiali. NOTA: Questo should essere raccolti in laboratorio casa e portato al laboratorio di campo. </li></ol> 2. Mettere in funzione la Laboratorio Campo <ol><li> Impostazione del Bag Glove <ol><li> Fissare la piastra di base linee guida per il piano di lavoro (piano di lavoro, la superficie di laboratorio, etc.). Assicurarsi che il foro per il rivestimento di base è sulla superficie di lavoro, ma è aperto. </li><li> Posizionare il sacchetto guanto a gettare sopra la piastra di guida nucleo, ed eseguire il tubo dall&#39;entrata tubo del sacchetto guanto al regolatore della vasca N 2. Assicurarsi che il serbatoio è fissato in modo sicuro utilizzando il morsetto da banco cilindro. </li><li> Nastro il tubo al sacchetto guanto per sigillare il punto di ingresso circondando il sacchetto intorno l&#39;esterno del tubo con nastro isolante. Assicurarsi che circa 8 &quot;di tubo si estende verso l&#39;interno della borsa portaoggetti Spostare il morsetto del tubo sul tubo all&#39;interno del sacchetto guanto;. Lasciare questo morsetto aperto. </li><li> Tagliare una &quot;X&quot; nella parte inferiore del sacchetto guanto sullaforo nella piastra di nocciolo guida usando un taglierino o rasoio. Questo x dovrebbe essere minore del diametro del nucleo liner. </li><li> Caricare il sacchetto guanto con gli oggetti trovati in Tabella 1. </li></ol></li><li> Impostazione del Nucleo <ol><li> Posizionare la presa di laboratorio sul pavimento sotto l&#39;area di lavoro in cui è applicata la borsa portaoggetti. Posizionare il nucleo attraverso il taglio &quot;X&quot; nella parte inferiore del sacchetto guanto passo 2.1.4, mantenendolo in posizione verticale. NOTA: Circa 4-6 &quot;del nucleo dovrebbe estendersi sopra la piastra di stabilizzazione nucleo. </li><li> Tenere il nucleo stabile per consentire ricercatore 2 per eseguire passaggi 2.2.3 tramite 2.2.6. </li><li> Tape il nucleo al sacchetto guanto di plastica intorno al &quot;X&quot;, con abbondante buon nastro isolante di tenuta. </li><li> Inserire la maniglia dell&#39;estrusore nucleo in un &quot;diametro ~ 6&quot; 2 PVC spacer lunga, seguita da una lunga accoppiamento ~ 3 &quot;, seguito da un altro distanziale. Continuare questo modello fino PVC interamente copertinela maniglia; può estendere una breve distanza oltre l&#39;estremità del manico. Inserire l&#39;estrusore nucleo (con distanziali PVC e raccordi) sotto il fondo del nucleo. </li><li> Sostenere l&#39;estrusore principale con la presa di laboratorio in modo che l&#39;estrusore in grado di supportare il nucleo. In questo momento, mantenere la presa il più basso possibile e usare distanziali centrali, ove possibile. </li><li> Usare un taglierino per tagliare con attenzione intorno al tappo del nucleo di fondo. Questo taglio dovrebbe tradursi in un anello di protezione nucleo essendo lasciato intorno alla parte esterna del liner nucleo ed una porzione circolare piana del tappo nucleo in posizione contro i materiali di base. </li><li> Inserire le mani nella borsa portaoggetti (ricercatore 1). Tenere il nucleo stabile in modo che non si muova ulteriormente sopra il supporto di stabilizzazione core, mentre ricercatore 2 comincia a girare il jack laboratorio lentamente sollevare il nucleo. L&#39;estrusore core dovrebbe entrare nel rivestimento di base e cominciare a spingere verso l&#39;alto i sedimenti come un pop spinta. </li><li> Muovere il lato nucleo estrusore a parte un po &#39;se neEDED per inserirlo nella camicia nucleo (ricercatore 2). Essere preparati per un leggero pop quando entra. </li><li> Continuare a sollevare il nucleo fino alla parte superiore del materiale animato è pari o vicino alla parte superiore del rivestimento di base (ricercatori 1 e 2). Si noti che il tappo core dovrebbe rimanere in cima al nucleo durante questa procedura. </li></ol></li><li> Tenuta Bag Glove <ol><li> Doppia verificare che tutte le forniture necessarie sono nel sacchetto guanto; accendere lo strumento portatile di ossigeno. </li><li> Aprire tutte le provette da centrifuga, bottiglie d&#39;acqua e altri oggetti che contengono intrappolati aria. Se il nucleo ha spazio di testa sopra l&#39;acqua in piedi, aprire il tappo superiore per eliminare questo spazio di testa. </li><li> Accendere il regolatore in modo che il flusso di azoto attraverso il tubo nel sacco guanto è a una velocità moderata. In generale una pressione di ~ 15 psi nell&#39;ultima fase regolatore con tutte le valvole aperte è appropriato. NOTA: Questo dovrebbe essere abbastanza veloce per sentirsi come un forte vento sulla pelle, ma non così forte che disperde borsa portaoggetti supstrati. </li><li> Puntare l&#39;azoto in tutte le aree del sacchetto di guanto, e spingere l&#39;azoto l&#39;apertura principale al meglio delle proprie capacità. Spegnere l&#39;azoto. </li><li> Eliminare la sacca portaoggetti tre volte ripetendo i punti 2.3.6 tramite 2.3.9 tre volte. NOTA: Una persona può ottenere questo risultato, ma può essere più facile per due persone in modo che si possa mantenere le sue mani nei guanti che fanno parte della borsa guanto. </li><li> Sigillare l&#39;apertura principale della borsa guanto avvolgendo 1-2 corde elastiche intorno più volte. Accendere l&#39;azoto ad un flusso simile come in 2.3.3. Luogo ricercatore 1 di mani in guanti built-in della borsa guanto. </li><li> Spostare il tubo di azoto da una zona del sacco ad un altro per riempire il sacchetto guanto con azoto. Punto il tubo in eventuali fessure come provetta aperto, sopra l&#39;acqua in una spruzzetta, etc. </li><li> Spegnere l&#39;azoto chiudendo il morsetto del tubo. Si noti che questo può essere realizzato senza rimuovere researcher 1 le mani dal sacchetto guanto. </li><li> Aprire la parte anteriore del sacchetto guanto e con il corpo ricercatore 1 di spingere tanto gas dal sacchetto possibile. NOTA: La borsa deve essere piatta intorno alle forniture al suo interno, a questo punto. </li><li> Riempire la borsa guanto ad una pressione confortevole e spegnere l&#39;azoto utilizzando il morsetto del tubo. Alcuni tentativi ed errori può essere richiesto di trovare una pressione confortevole, come troppo pieno ed è difficile muoversi fra le braccia, mentre troppo vuoto ed è difficile da vedere e manipolare oggetti. Aprire il morsetto del tubo di azoto per brevi periodi per riempire la borsa se sembra avere una perdita lenta o è sempre più vuoto, per qualsiasi motivo. Aprire la parte anteriore del sacchetto per far uscire piccole quantità di azoto se diventa scomodo completa. </li><li> Controllare il livello di ossigeno disciolto nel misuratore portatile di ossigeno. Dovrebbe essere inferiore a 1%. </li><li> Inserire i guanti sacco guanto in guanti monouso. Questi miglioreranno destrezza. cambiarli ogni volta che get o sporco; gettare nel contenitore dei rifiuti in-bag. </li></ol></li></ol> 3. Sezionamento il Core NOTA: questa parte della procedura è molto più facilmente realizzabile con due ricercatori. <ol><li> Rimuovere l&#39;acqua stagnante con una siringa. Filtro per siringa questa acqua e posto in 50 ml provette da centrifuga. </li><li> Rimuovere una sezione Nucleo <ol><li> Collocare un anello nucleo sezionamento sopra la parte superiore del rivestimento di base. Sollevare il nucleo up (punto 3.3) fino all&#39;inizio del sedimento è nella parte superiore dell&#39;anello. </li><li> Inserire l&#39;affettatrice nucleo tra la parte superiore del rivestimento di base e l&#39;anello. La sezione di sedimento è ora seduto in cima alla affettatrice nucleo. </li><li> Spostare il sedimento in un tubo da 50 ml usando i cucchiai monouso. Chiudere la provetta saldamente una volta che è pieno. </li><li> Risciacquare l&#39;affettatrice nucleo e l&#39;anello di sezionamento core con l&#39;acqua Nanopure; schizzare i rifiuti sporco nel contenitore dei rifiuti all&#39;interno del sacchetto guanto. cucchiai monouso possono anche essere risciacquati,o scartato, a seconda del numero necessario. Asciugare l&#39;affettatrice nucleo e l&#39;anello di sezionamento core con tovaglioli di carta. </li><li> Ripetere il punto 3.2 fino a ulteriore materiale di base rimane. </li></ol></li><li> Alzare il Core <ol><li> Durante 3.2 è necessario aumentare il nucleo. Fate questo in piccoli incrementi che utilizzano la presa di laboratorio. Effettuare le seguenti tre fasi, una volta la presa di laboratorio è completamente esteso. </li><li> Tenere il nucleo in posizione nel sacchetto guanto (ricercatore 1). </li><li> Abbassare il jack laboratorio per la sua posizione più bassa, quando è completamente compresso (ricercatore 2). Assicurarsi che il nucleo è tenuto in posizione con il ricercatore 1 di mano all&#39;interno della borsa portaoggetti e ricercatore 2 di mani di supporto da sotto. </li><li> Riempire lo spazio tra l&#39;estremità inferiore del nucleo estrusore e la presa con distanziali e raccordi in PVC. Assicurarsi che il nucleo è supportato in modo sicuro dal extender nucleo prima di lasciare andare la parte superiore del nucleo. </li></ol></li></ol> 4. Exaggiudicatrici Porewaters <ol><li> Aprire la busta guanto e rimuovere il rack di provette da centrifuga. </li><li> Pulire la borsa portaoggetti, se necessario, eliminando qualsiasi terreno, liquido, o condensa pulendo l&#39;interno con asciugamani di carta, acqua, ecc contenitore per rifiuti vuoto. </li><li> Richiudere la sacca portaoggetti liberamente con corde elastiche. </li><li> Pesare provette da centrifuga, che ora contengono sezionati sedimento (se lo si desidera). </li><li> Avvolgere le cime delle provette da centrifuga con del nastro isolante per sigillare la giunzione tappo / tubo. </li><li> Bilanciare le provette per centrifugazione tramite pesatura, dopo taping. Aggiungere o rimuovere del nastro isolante per ottenere pesi all&#39;interno di 0,5 g. NOTA: Generalmente, tubi dalla parte superiore del nucleo sarà più leggero di quelli dal basso. </li><li> Inserire tubi a centrifuga e centrifugare a massima accelerazione (si raccomanda 1.100 xg) per 20 min. Nota: Le tariffe di centrifugazione più alti permettere una maggiore separazione dei porewaters. </li><li> Rimuovere nastro isolante dalla centrifutubi ge sia staccandosi o da affettare con un rasoio prima di rimettere le valvole nella borsa portaoggetti. Rientro provette da centrifuga a rack dopo la centrifugazione e tornare alla borsa portaoggetti. </li><li> Aggiungere un altro set di provette da centrifuga, siringhe, e filtri per siringa alla borsa portaoggetti. Questi nuovi tubi terrà porewaters e possono essere pre-etichettati. </li><li> Eliminare di nuovo la borsa portaoggetti come al punto 2.3.5. Se la borsa guanto è stato aperto solo brevemente per rimuovere i tubi, e non è stato pulito, sarà accettabile per eliminarlo solo due volte. Se viene utilizzato un monitor di ossigeno, assicurarsi che l&#39;atmosfera nel sacchetto guanto è &lt;1% O 2. Non dimenticare di aprire le provette da centrifuga appena aggiunti e spurgare. </li><li> Inserire le mani ai guanti nel sacchetto guanto; come prima, coprire con guanti monouso. </li><li> Aprire un tubo. Rimuovere le porewaters dall&#39;alto sedimento usando una siringa, quindi collegare un filtro siringa alla punta della siringa. Se porewaters e sedimenti sono ben separati, porewatERS può essere versato direttamente in una siringa con la canna rimosso e un filtro a siringa sulla punta. </li><li> Spingere l&#39;acqua attraverso il filtro siringa nella provetta da centrifuga appropriata. NOTA: sarà necessario esercitare una certa forza; potrebbe essere necessario più di un filtro siringa per campione. </li><li> Sostituire i tappi sulla provetta contenente i sedimenti e il tubo contenente porewaters. </li><li> Ripetere i passaggi attraverso 4.13 4.15 per ogni campione. </li><li> Borsa guanto Aprire e rimuovere i campioni. Entrambi i tubi di sedimenti e porewater possono essere ri-pesati. </li><li> Analizzare porewaters immediatamente se lo si desidera. Le analisi possono includere (ma non sono limitati a) cromatografia ionica per i principali ioni 11, ferrozina per il ferro speciazione 12, speciazione dell&#39;arsenico da voltammetria 13, e solfuro di speciazione 14. </li><li> Congelare porewaters e sedimenti nel dry shipper (circa -80 ° C) per preservare speciazione per la successiva analisi, se appropriato per le analisi previste. E may essere altresì opportuno mantenere i campioni raffreddare in contenitori a chiusura ermetica o in sacchetti di alluminio di azoto eliminati. </li><li> Riutilizzare il sacchetto guanto per un secondo nucleo (a partire 2.2.2) se desiderato. Dopo due core, il sacchetto guanto di solito deve essere cambiato. </li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

La tecnica qui descritta è una flessibile che può essere regolato per una vasta gamma di posizioni, dimensioni principali, lo spessore della sezione di base, ecc Ci sono tre componenti essenziali a questo sistema. Innanzitutto, preparare un sistema centrale di estrusione di dimensioni adeguate per il nucleo da analizzare. Le istruzioni qui sono dati assumendo un &quot;nucleo di circa 30; molto nuclei più lunghi possono richiedere più pezzi extender PVC e raccordi in PVC per estr...

Ricercatori spesso vogliono studiare lo stato redox e geomicrobiology di un sistema acqua-sedimento. Questo utilizza idealmente dati di entrambi i sedimenti e acque pori, come acque pori sono spesso monitor sensibili del sistema e sono una fonte comune, anche se non l&#39;unica fonte, di esposizione ecologico per redox sensibili metalli pesanti 1 come arsenico e uranio. Dati acqua interstiziale possono essere ottenuti in situ utilizzando filtri di diffusione di equilibrio, noto anche come &quot;peepers&quot;, installati nel sedimento 2. Peepers sono più comunemente utilizzati in ambienti in cui il sito di campo è noto prima di iniziare il lavoro sul campo e dove visite multiple per un periodo prolungato di tempo possono essere apportate al sito campo, ad esempio Shotyk 3. Pertanto molti contesti non consentono l&#39;utilizzo di peepers, come i siti accessibili solo per un breve periodo di tempo o in cui più campioni esplorativi sono ottenuti per determinare dove ulteriori indagini dovrebbe avvenire 4.Inoltre peepers non campione di sedimento contemporaneamente al campionamento di acqua. Quando è desiderabile campione di sedimento e l&#39;acqua, o in siti campo in cui l&#39;installazione peeper non è fattibile, il metodo più comune per ottenere sedimenti e l&#39;acqua è carotaggio sedimenti. Ottenere un nucleo non miscelato è un precursore fondamentale per la procedura descritta in questo lavoro 5. Una volta che un nucleo è ottenuta acque pori possono essere ottenuti mediante spremitura 6 o centrifugazione; entrambi hanno vantaggi e svantaggi. La centrifugazione è generalmente considerato il metodo più affidabile per l&#39;estrazione porewaters da carote di sedimento, 7, anche se bisogna fare attenzione per prevenire l&#39;ossidazione dei sedimenti o acque pori. In questo metodo descriviamo estrusione core e centrifugazione per estrarre acque pori con ossidazione minimo. Gli autori hanno utilizzato il metodo descritto in una varietà di contesti compreso marine 8, lago contaminato <sup&gt; 9, e delle zone umide 10. I dati rappresentativi riportati dimostrano che le condizioni riducenti possono essere conservati. Con l&#39;eccezione della centrifuga, i materiali utilizzati sono economici, e questo metodo può essere applicato ad una grande varietà di domande di ricerca geochimiche e geomicrobiological.

<table><tbody><tr><td>Disposable glove bag(s)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z106089-1EA</td><td>One per two cores to be processed is usually sufficient.</td></tr><tr><td>N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; tank</td><td>Praxair</td><td></td><td>Often gas supply companies can deliver these directly to the field laboratory.</td></tr><tr><td>Nitrogen gas regulator</td><td>VWR</td><td>55850-478</td><td>Or similar</td></tr><tr><td>Several feet of tubing that fits the regulator</td><td>VWR</td><td>89403-862</td><td>Or similar</td></tr><tr><td>Safety equipment to secure the tank</td><td>VWR</td><td>60142-006</td><td></td></tr><tr><td>Adjustable tubing clamp</td><td>VWR</td><td>62849-112</td><td></td></tr><tr><td>Waterproof, good sealing electrical tape</td><td>Scotch</td><td>Super 33+</td><td>Widely available</td></tr><tr><td>2-4 short bungee cords</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Squirt bottles of nanopure water</td><td>VWR</td><td>16650-082</td><td>Any similar bottle is fine; pack an additional supply of nanopure water to refill these.</td></tr><tr><td>Large supply of paper towels and Kimwipes</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>50 ml centrifuge tubes</td><td>VWR</td><td>21008-951</td><td>Acid cleaned as described in protocol. At least 2/core section needed.</td></tr><tr><td>Several permanent in markers.</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Several straight razor blades and box cutters.</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Beckman-Coulter</td><td>Allegra X-22</td><td>Faster rotor allows greater separation.</td></tr><tr><td>Rotor to accommodate 50 ml tubes</td><td>Beckman-Coulter</td><td>SX-4250</td><td></td></tr><tr><td>50 ml plastic syringes without black rubber tip on the barrel</td><td>VWR</td><td>66064-764&amp;nbsp;</td><td>Acid cleaned as described in protocol. At least 1/core section needed, plus 1 for overlying water.</td></tr><tr><td>Syringe filters compatible with aqueous solutions.</td><td>VWR</td><td>28143-310&amp;nbsp;</td><td>Either 0.45 &amp;mu;m or 0.20&amp;nbsp;&amp;mu;m poresizes may be used. Plan on five filters per core section processed.</td></tr><tr><td>Plastic (disposable) spoons.</td><td></td><td></td><td>Widely available; Acid cleaned as described in protocol.</td></tr><tr><td>Several boxes of disposable gloves.</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Large plastic beakers or other waste containers to place in the glove bag.</td><td>VWR</td><td>13890-148</td><td></td></tr><tr><td>Laboratory balance</td><td>VWR</td><td>10205-008</td><td>An available balance will be fine; high precision not required</td></tr><tr><td>Dry shipper, pre-charged with liquid nitrogen</td><td>VWR</td><td>82005-416</td><td>Needed only if samples are being returned to the home laboratory for sensitive analyses.</td></tr><tr><td>Laboratory notebooks</td><td></td><td></td><td>Water repellent can be useful</td></tr><tr><td>Core liners</td><td>Watermark</td><td>77280</td><td>Available from Forrestry Suppliers</td></tr><tr><td>Core caps</td><td>Ben Meadows</td><td>218105</td><td></td></tr><tr><td>Core slicers</td><td>McMaster Carr</td><td>8707K111</td><td>Cut this into 9 3 x 3 squares</td></tr><tr><td>PVC spacers</td><td>McMaster Carr</td><td>48925K96</td><td>Cut this into short lengths</td></tr><tr><td>PVC couplings</td><td>McMaster Carr</td><td>4880K76</td><td>Approximately 12 needed</td></tr><tr><td>Dowel</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Lab stopper</td><td>VWR</td><td>59580-400</td><td>Check to ensure the correct size to fit snugly within the core liners</td></tr><tr><td>Plywood for core guidance plate and top of lab jack</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Lab jack</td><td>VWR</td><td>89260-826</td><td></td></tr><tr><td>Clamps</td><td></td><td></td><td>Widely available</td></tr><tr><td>Portable oxygen monitor</td><td>RKI instruments</td><td>OX-07</td><td></td></tr></tbody></table>

sediment core sectioning and extraction of pore waters under anoxic conditions

Abbiamo dimostrato un metodo per il sezionamento campioni di sedimenti e l&#39;estrazione di acque pori pur mantenendo condizioni di assenza di ossigeno. Un sistema semplice e poco costoso è costruito e può essere trasportato in uno spazio di lavoro temporaneo vicino al sito di campionamento campo (s) per facilitare l&#39;analisi rapida. Nuclei sono estruse in una borsa a guanti portatile, dove vengono sezionati e ogni sezione di spessore 1-3 cm (a seconda del diametro del nucleo) è sigillato in 50 ml provette da centrifuga. acque Pore sono separate da centrifugazione esterno della borsa guanto e poi restituiti al sacchetto guanto per la separazione dal sedimento. Questi campioni di acqua estratta poro possono essere analizzati immediatamente. analisi immediati di specie sensibili redox, come il solfuro, speciazione ferro e arsenico speciazione indicano che l&#39;ossidazione delle acque dei pori è minima; alcuni campioni mostrano circa il 100% delle specie ridotta, ad esempio, 100% Fe (II) senza rilevabile Fe (III). Entrambi i campioni di acqua di sedimento e pori possono essere conservati al principaletain specie chimiche per ulteriori analisi al ritorno al laboratorio.

<html> Il tipo di risultati ottenuti dipende analisi eseguite e l&#39;impostazione geochimica da cui è stato ottenuto il nucleo. ossigeno disciolto può essere misurata in porewaters estratti, ma in molte impostazioni questo sarà zero sotto i primi cm del nucleo. Le analisi che di solito forniscono informazioni più significative includono speciazione di ferro (Fe II / Fe III) 12, speciazione arsenico (As III / Come V) 13, e solfuro 14. Presenza di speci...

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Sediment Core Sectioning and Extraction of Pore Waters under Anoxic Conditions

A protocol for sectioning sediment cores and extracting pore waters under anoxic conditions in order to permit analysis of redox sensitive species in both solids and fluids is presented.

Sedimenti Nucleo sezionamento ed estrazione di Pore acque sotto anossiche condizioni

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is ...

sediment-core-sectioning-extraction-pore-waters-under-anoxic

Research

JoVE Journal

Environment

8.9K Views.  Vassar College. A protocol for sectioning sediment cores and extracting pore waters under anoxic conditions in order to permit analysis of redox sensitive species in both solids and fluids is presented.

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Laboratory-determined Phosphorus Flux from Lake Sediments as a Measure of Internal Phosphorus Loading

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) loading from lake sediments can account for a substantial portion of the total P load in eutrophic, and some mesotrophic, lakes. Laboratory determination of P release rates from sediment cores is one approach for determining the role of internal P loading and guiding management decisions. Two principal alternatives to experimental determination of sediment P release exist for estimating internal load: in situ measurements of changes in hypolimnetic P over time and P mass balance. The experimental approach using laboratory-based sediment incubations to quantify internal P load is a direct method, making it a valuable tool for lake management and restoration.
Laboratory incubations of sediment cores can help determine the relative importance of internal vs. external P loads, as well as be used to answer a variety of lake management and research questions. We illustrate the use of sediment core incubations to assess the effectiveness of an aluminum sulfate (alum) treatment for reducing sediment P release. Other research questions that can be investigated using this approach include the effects of sediment resuspension and bioturbation on P release.
The approach also has limitations. Assumptions must be made with respect to: extrapolating results from sediment cores to the entire lake; deciding over what time periods to measure nutrient release; and addressing possible core tube artifacts. A comprehensive dissolved oxygen monitoring strategy to assess temporal and spatial redox status in the lake provides greater confidence in annual P loads estimated from sediment core incubations.

Lake eutrophication is a water quality issue worldwide, making the need to identify and control nutrient sources critical. Laboratory determination of phosphorus release rates from sediment cores is a valuable approach for determining the role of internal phosphorus loading and guiding management decisions.

Laboratorio-determinato Fosforo Flux dal lago di sedimenti come misura di fosforo interno Loading

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) ...

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Ambiente

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.

La Borsa bentonici di O<sub&gt; 2</sub&gt;, N<sub&gt; 2</sub&gt; e nutrienti disciolti Utilizzo piccolo nucleo Incubazioni

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

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

Terreno lisimetro scavo per accoppiate idrologici, geochimiche e microbiologiche Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

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 Condizione Pore scala Imaging di più fasi Fluid Utilizzo di X-ray microtomografia

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 ...

Ingegneria

Resurrection of Dormant Daphnia magna: Protocol and Applications

Long-term studies enable the identification of eco-evolutionary processes that occur over extended time periods. In addition, they provide key empirical data that may be used in predictive modelling to forecast evolutionary responses of natural ecosystems to future environmental changes. However, excluding a few exceptional cases, long-term studies are scarce because of logistic difficulties associated with accessing temporal samples. Temporal dynamics are frequently studied in the laboratory or in controlled mesocosm experiments with exceptional studies that reconstruct the evolution of natural populations in the wild.
Here, a standard operating procedure (SOP) is provided to revive or resurrect dormant Daphnia magna, a widespread zooplankton keystone species in aquatic ecosystems, to dramatically advance the state-of-the-art longitudinal data collection in natural systems. The field of Resurrection Ecology was defined in 1999 by Kerfoot and co-workers, even though the first attempts at hatching diapausing zooplankton eggs date back to the late 1980s. Since Kerfoot&#39;s seminal paper, the methodology of resurrecting zooplankton species has been increasingly frequently applied, though propagated among laboratories only via direct knowledge transfer. Here, an SOP is described that provides a step-by-step protocol on the practice of resurrecting dormant Daphnia magna eggs.
Two key studies are provided in which the fitness response of resurrected Daphnia magna populations to warming is measured, capitalizing on the ability to study historical and modern populations in the same settings. Finally, the application of next generation sequencing technologies to revived or still dormant stages is discussed. These technologies provide unprecedented power in dissecting the processes and mechanisms of evolution if applied to populations that have experienced changes in selection pressure over time.

Resurrection of Dormant Daphnia magna: Protocol and Applications

Long-term studies are essential to understanding the process of evolution and the mechanisms of adaptation. Generally, these studies require commitments beyond the life-time of researchers. Here, a powerful method is described that dramatically advances state-of-the-art data collection to generate longitudinal data in natural systems.

Risurrezione di dormienti Daphnia magna: protocollo e applicazioni

Long-term studies enable the identification of eco-evolutionary processes that occur over extended time periods. In addition, they provide key empirical ...

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.

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

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

Chimica

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has become particularly relevant for assessing the anthropogenic-altered global nitrogen cycle and the emission of greenhouse gases (i.e., N2O). Several methods are available for measuring denitrification, but none of them are completely satisfactory. Problems with existing methods include their insufficient sensitivity, and the need to modify the substrate levels or alter the physical configuration of the process using disturbed samples.This work describes a method for estimating sediment denitrification rates that combines coring, acetylene inhibition, and microsensor measurements of the accumulated N2O. The main advantages of this method are a low disturbance of the sediment structure and the collection of a continuous record of N2O accumulation; these enable estimates of reliable denitrification rates with minimum values up to 0.4-1 &#181;mol N2O m-2 h-1. The ability to manipulate key factors is an additional advantage for obtaining experimental insights. The protocol describes procedures for collecting the cores, calibrating the sensors, performing the acetylene inhibition, measuring the N2O accumulation, and calculating the denitrification rate. The method is appropriate for estimating denitrification rates in any aquatic system with retrievable sediment cores. If the N2O concentration is above the detection limit of the sensor, the acetylene inhibition step can be omitted to estimate the N2O emission instead of denitrification. We show how to estimate both actual and potential denitrification rates by increasing nitrate availability as well as the temperature dependence of the process. We illustrate the procedure using mountain lake sediments and discuss the advantages and weaknesses of the technique compared to other methods. This method can be modified for particular purposes; for instance, it can be combined with 15N tracers to assess nitrification and denitrification or field in situ measurements of denitrification rates.

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

This method estimates sediment denitrification rates in sediment cores using the acetylene inhibition technique and microsensor measurements of the accumulated N2O. The protocol describes procedures for collecting the cores, calibrating the sensors, performing the acetylene inhibition, measuring the N2O accumulation, and calculating the denitrification rate.

Stimare i tassi di denitrificazione sedimento utilizzando core e N2O microsensori

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has ...

Isolation of Quartz Grains for Optically Stimulated Luminescence (OSL) Dating of Quaternary Sediments for Paleoenvironmental Research

Optically stimulated luminescence (OSL) dating quantifies the time since mineral grains were deposited and shielded from additional light or heat exposure, which effectively resets the luminescence clock. The systematics of OSL dating is based on the dosimetric properties of common minerals, like quartz and feldspar. The acquired luminescence with exposure to natural ionizing radiation after burial provides a depositional age for many Quaternary sedimentary systems, spanning the past 0.5 Ma. This contribution details the procedures for separating pure quartz grains of a known range of particle sizes to facilitate luminescence analysis with small or single grain aliquots. Specifically, protocols are given for the needed data and interpretations for effective OSL dating of terrestrial sediment cores or sample tubes from exposures. These cores, 5-20 m long in 1.2 m sections, are split lengthwise and crown-cut leaving 80% of core volume undisturbed, which facilitates sampling of light-protected sediment for OSL dating deep within the core. Sediment samples are then subjected to a series of physical separations to obtain a certain grain-size interval (e.g., 150-250 &#181;m). Magnetic minerals are removed in wet and dry states using magnets. A series of chemical digestions starts with soaking in H2O2 to remove organic matter, followed by HCl exposure to remove carbonate minerals, followed by density separation. Subsequently, grains are soaked in HF for 80 min and after in HCl to render solely quartz grains. The mineralogic purity (&#62;99%) of the quartz extract is quantified with grain petrographic assessment and Raman spectroscopy. Repeating this quartz isolation procedure may be necessary with sediment that contains &#60;15% quartz grains. Excitation of the purified quartz grains by LED-derived blue and IR light allows calculations of the fast and IR depletion ratios, which are metrics to assess the dominance of luminescence emissions from quartz.

Isolation of Quartz Grains for Optically Stimulated Luminescence OSL Dating of Quaternary Sediments for Paleoenvironmental Research

This protocol is for the isolation of quartz grains by size for luminescence dating of sediments. Outlined are physical cleansing and chemical digestions by soaking sequentially in H2O2, HCl, HF, and HCl again to isolate quartz grains. The quartz purity is quantified with microscopic assessment, Raman spectroscopy, and IR depletion ratio.

Isolamento di grani di quarzo per la datazione a luminescenza stimolata otticamente (OSL) di sedimenti quaternari per la ricerca paleoambientale

Optically stimulated luminescence (OSL) dating quantifies the time since mineral grains were deposited and shielded from additional light or heat ...

Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to characterize the complex wetting conditions of hydrocarbon reservoir rock using pore-scale three-dimensional X-ray imaging at subsurface conditions. In this work, heterogeneous carbonate reservoir rocks, extracted from a very large producing oil field, have been used to demonstrate the protocol. The rocks are saturated with brine and oil and aged over three weeks at subsurface conditions to replicate the wettability conditions that typically exist in hydrocarbon reservoirs (known as mixed-wettability). After the brine injection, high-resolution three-dimensional images (2 &#181;m/voxel) are acquired and then processed and segmented. To calculate the distribution of the contact angle, which defines the wettability, the following steps are performed. First, fluid-fluid and fluid-rock surfaces are meshed. The surfaces are smoothed to remove voxel artefacts, and in situ contact angles are measured at the three-phase contact line throughout the whole image. The main advantage of this method is its ability to characterize in situ wettability accounting for pore-scale rock properties, such as rock surface roughness, rock chemical composition, and pore size. The in situ wettability is determined rapidly at hundreds of thousands of points. 
The method is limited by the segmentation accuracy and X-ray image resolution. This protocol could be used to characterize the wettability of other complex rocks saturated with different fluids and at different conditions for a variety of applications. For example, it could help in determining the optimal wettability that could yield an extra oil recovery (i.e., designing brine salinity accordingly to obtain higher oil recovery) and to find the most efficient wetting conditions to trap more CO2 in subsurface formations.

This protocol is presented to characterize the complex wetting conditions of an opaque porous medium (hydrocarbon reservoir rock) using three-dimensional images obtained by X-ray microtomography at subsurface conditions.

Poro-scala Imaging e caratterizzazione di idrocarburi serbatoio Rock bagnabilità alle condizioni di sottosuolo mediante microtomografia a raggi x

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to ...

Dissolved Solute Sampling Across an Oxic-Anoxic Soil-Water Interface Using Microdialysis Profilers

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface in response to disturbances. Deciphering the rapid biogeochemical changes requires in situ, minimally invasive tools with high spatial and temporal sampling resolution. However, the available passive sampling devices are not very useful in many cases either due to their disposable nature or the complexity and extensive workload for sample preparation.
To address this problem, a microdialysis profiler with 33 individual polyethersulfone nanomembrane tubes (semipermeable, &#60;20 nm pore size) integrated into the one-dimensional skeleton (60 mm) was established to iteratively sample the dissolved compounds in porewater across the soil-water interface at a high resolution of 1.8 mm (outer diameter plus one spacing, i.e., 0.1 mm between probes). The sampling mechanism is based on the principle of concentration gradient diffusion. The automatic loading of degassed water allows minimal disturbance to the chemical species across the oxic-anoxic interface.
This paper describes the procedures of device setup and continuous porewater sampling across the soil-water interface on a daily basis. Concentration-depth profiles were selectively measured before (on Day 6) and after (on Day 7) disturbances induced by irrigation. The results showed that concentration-depth profiles were undergoing rapid changes, especially for redox-sensitive elements (i.e., iron and arsenic). These protocols can help investigate the biogeochemical responses across the soil-water interface under various disturbances caused by physical, chemical, and biological factors. The paper thoroughly discusses the advantages and disadvantages of this method for potential use in the environmental sciences.

A microdialysis profiler is described to sample dissolved porewater solutes across an oxic-anoxic soil-water interface in situ with minimal disturbance. This device is designed to capture rapid changes in concentration-depth profiles induced by disturbances at the soil-water interface and beyond.

Campionamento di soluti disciolti attraverso un'interfaccia ossa-anossica suolo-acqua utilizzando profilatori di microdialisi

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface ...

Sedimenti Nucleo sezionamento ed estrazione di Pore acque sotto anossiche condizioni

Riepilogo

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