キャリブレーション済み、スレッドロッドを用いたミリ解像度での堆積物コアの押出法

要約

較正されたねじ付きロッドを使用して、押出法は、水生堆積物コアのミリメートルスケールのサブサンプリングを可能にする、提示されています。ミリスケールのサンプリングは完全に土砂レコードに最近のイベント層序を特徴付けることが必要です。

要約

水生堆積物コアサブサンプリングは、一般的にCMまたは半センチメートルの解像度で行われます。沈降速度と堆積環境に応じて、この解像度はせいぜい、十年規模の年間での記録を提供します。較正、ねじ付きロッドを用いた押出法は、様々な直径の水生堆積物コアのミリメートルスケールのサブサンプリングを可能にする、ここに提示されています。ミリスケールのサブサンプリングは、サブ年間の堆積レコード、典型的なサンプリング方式よりも一桁の毎月の分析を可能にします。押出機は2メートルのアルミフレームとベース、2つのコアチューブクランプ、ねじ付きロッド、および1メートルピストンで構成されています。堆積物コアは、ピストンの上に配置し、フレームにクランプされます。アクリルサンプリングカラーは、コアチューブの上位5センチ取り付けられ、サブサンプルを抽出するからプラットフォームを提供しています。ピストンを較正間隔でねじ付きロッドの周りを回転し、穏やかに沈殿物を押し出しますコアチューブのP。堆積物は、その後、サンプリング襟に分離し、適切な採取容器（ 例えば 、瓶や袋）に入れられます。この方法はまた、一貫性のあるサンプルボリュームを提供し、表面に非連結のサンプル（ すなわち、高い気孔含水量）を保存します。このミリメートルスケール押出法は、ディープウォーターホライゾン海底油リリースに続くメキシコ湾北部で採取したコアに適用しました。証拠は、完全に大陸斜面堆積物のための毎月の時間スケールで発生するイベントを特徴付けるためにミリメートルスケールでサンプリングする必要があることを示唆しています。

概要

湖沼、河口、および海洋（大陸棚と斜面）環境からの堆積物コア試料は、塩分濃度、温度、有機及び無機汚染物質や千年の時間スケールの十年に他の多くの環境パラメータの記録を提供してきた^{1-3,6,8,13 、17。}ほとんどの場合、標準的な慣行は、半センチメートルまたはセンチ間隔^5,15でセクションにこれらのコアです。この解像度は、ほとんどの場合、複数年、十年以上の規模の解決のために適切です。増加した押出解像度の必要性は、最近、堆積物コア^11,16の鉛直プロファイルに沿って微細なスケールで堆積バイオマーカー/プロキシの変動を検出し、いくつかのレポートで実証されています。 1年ヶ月の時間スケールで発生最近沈降の場合には、より細かい解像度サブサンプリング方法（ 例えば 、ミリメートルスケール）を使用することが必要です。これは、しばしばトンによる水生堆積物に挑戦されています彼は表層堆積物の性質を非連結します。

我々は、ミリメートルスケールの堆積物のサブサンプルを提供して堆積物コアの押出法を提示します。私たちは、その後、ディープウォーターホライズン（DWH）イベント次のメキシコ湾北部の堆積物に、この押出法を適用します。このアプリケーションは、人為的に影響を受けた堆積システムに関連するサブ毎年恒例のイベント層序を特徴付けるでミリメートルスケールのサブサンプリングの有効性を示します。

短期のイベント層序を特徴付ける際に堆積記録に毎月またはサブ年次スケール分解能は特に有利です。サブ毎年恒例の解像度を使用して、環境アセスメントは、完全に人為的に誘導された沈降イベントを特徴付けることができます。

ディープウォーターホライゾン油イベントによって影響を受けたメキシコ湾北部における堆積物は、（サブ年間）■完全にミリメートルを使用して特徴づけたイベント層序の例を提供しますCALE解像度サンプリング。 2010年のディープウォーターホライズン（DWH）イベントに続いて、メキシコ北東部の湾（nGoM）の大陸斜面堆積物は、綿状の炭化水素堆積^{4,9,10,12,14,18}における大きさの増加のためを通じて炭化水素と接触して来ました。沈降の増加は海洋石油雪沈降や凝集性の蓄積（MOSSFA）イベント^{4,9,10,12,14,18}によって引き起こされました。これは、2010年半ばから2011年初頭⁴に6-12ヶ月の期間中における堆積物の蓄積の約6〜10ミリメートルをもたらした。それは完全に入力を特徴付けるために、ミリスケールでこれらの堆積物コアサブサンプルに必要であった、沈降速度、ポスト堆積プロセス。

プロトコル

1.土砂コアを集めます

1. ^4,7,12,14 など 、マルチコア、ボックスコア、ピストンコアを使用して、水生堆積物コアを採取します。コア部が1メートル以下であることを確認してください。
2. コアの底部にポリカーボネートやアクリルパックを挿入します。パックは、芯管の内径と一致していることを確認してください。堆積物コアの全体を保持するために、パックの最外径にゴムパッキンを挿入します。
3. コアの検索時には、輸送や保管のために直ちにまたはパッケージ押し出し（貯蔵及び輸送のために1.6を介してステップ1.4を参照してください）​​。
4. コアチューブの表面に泡やアクリルパックを挿入し、ゆっくりと泡やアクリルだけの輸送および貯蔵中の堆積物 - 水界面の整合性を維持するために、土砂インタフェースを超えるまで押し下げます。
5. コアチューブの上にキャップを置き、電気テープで密封します。コアチューブの底部にキャップを置き、エレクトリカで密封リットルテープ。必要なプロジェクトとサンプル識別子を持つトップキャップにラベルを付けます。
6. 所望の分析に基づいて、所望の温度で保存コア。
   注：例えば、有機化学分析または生物学的分析のために使用されるコアが凍結することができる（-20°C）、短命の放射性同位体コアは、周囲温度で保存することができるが（〜20〜25°C）。

2.サブ試料容器とツールを用意

1. その他の関連識別情報（ 例えば、日付、コア型）と一緒に、 -プロジェクト名、コアサイトと増分（2ミリメートル例えば 、PROJECT NAME_CORE SITE_0）とラベルサブサンプル容器（ 例えば、瓶、袋またはビーカー）。
2. 組み立て、滅菌（メタノール）、必要な切削器具（ 例えば、アクリルパドル、パテナイフ、 など ）および個人用保護具（ 例えば、手袋、白衣など ）。
   注：これらの実装とその滅菌手順は種類によって異なります分析の各サブサンプルに対して行われます。例えば、金属およびアクリル器具（プラスチックとは対照的に）の使用は、アクリル、プラスチック器具のに対し、有機化学的分析のために必須である（金属とは対照的に）無機微量元素分析のために使用されなければなりません。

3.押し出しのための土砂コアを準備

1. コアが保存されているか、保存されている場合は、最初のボトムキャップを外します。行うにはこれは、カミソリの刃でオフ底部キャップをカットし、押出パックが既に保存コアの底部に挿入されなければならない（押出機に転送しながら、チューブ内の堆積物を保持している真空を維持するためのトップキャップを可能に）（ 図1）。
2. 収集後すぐに押し出すときに、コアの底部に押し出しパックを挿入します。そして、そっとピストンの上にコアチューブをセットし、クランプを使用して押出機にコアを固定します。
3. コアチューブの残りabovの5 cm以上あることを確認してくださいサンプリング襟のための最上のクランプを電子。
4. トップキャップを外します。
5. コアチューブの上にサンプリング襟を配置します。カラーは任意のサンプルの損失を回避するために、コアチューブの最上程度と面一に座っていることを確認します。
6. 注射器やサイフォンを使用して、この時点でのサンプル（または必要に応じていない場合は廃棄する）土砂上記水。
7. 水を抽出した後、表面ほとんどのサンプリングカラーの表面に堆積物を整列させるためにピストンを回し始めます。

4.押出

1. 所望のサンプリング解像度（、典型的には1〜2ミリメートル、1フル回転= 2ミリメートルサブサンプル）（ 図1）にピストンを回します。

図1： 押出機の写真ピストン（1）を定義する押出機の写真、カップリング（2）、ねじロッド（3）、押出機塩基は、（4）、（5）、コアチューブ（6）、samplクランプ襟（7）、およびゴムバンド（8）る。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

2. 初期サンプルのカットを作るために（サンプリングカラーの内径にカット）アクリル板を使用してください。サンプリングカラーの口の下の適切なサンプリング容器を位置決めしながら続いてゆっくりとサンプリング襟の縁部に向かってサブサンプルを移動させます。
3. サンプリング容器に試料をプッシュするために開始します。サンプルの大部分は容器内にされた後、サンプリング容器にサンプリング襟に残っているサンプルを移動させるために小さい実装（ 例えば 、パテナイフ）を使用します。
4. サンプリング容器にアクリル板及び任意の他のサンプリング表面から試料の残量をクリーニングするために実装小さく使用。
5. サンプルが完全に容器にサンプリングカラーから転送された後、サンプリングさtを清掃脱イオン水、実験用ワイプおよび/ ​​または他の滅菌流体（ 例えば 、メタノール）とのools。実験用ワイプ、脱イオン水および他の殺菌液で適宜サンプリング襟を清掃してください。
6. 試料容器を密閉し、押出に次の試料容器を準備します。繰り返しは、各サブサンプルのために4.5を介して4.1を繰り返します。

5.押出機のリセット

1. 手動で押出機をリセットします。ねじ付きロッドの底部にピストンをリセットするプロセスを促進するために、ドリルやゴムバンドを使用してください。
2. 最も安定性のためのベースの近くにピストンの周りにゴムバンドを配置します。
3. ドリルの頭部の周りにゴムバンドを伸ばし、下方ピストンを回転させるために、ドリルの方向を設定します。
4. それは、押出機のベース上記の所望の高さに達するまでドリルで低速を使用してピストンを回転させます。
   注：この高さを押し出し、サンプリングheigを希望される芯の長さに基づいていますHT。

結果

サイトDSH08からコアはオーシャンインスツルメンツMC-800 multicorerを使用して（29°7.25 'N、87°51.93' W、1143メートルの深さ）2010年12月に採取しました。これらのコアは、上記のプロトコルを使用して表層15 cmの（またはそれ以上）2 mmに押し出しました。 （2010年前）の前DWHおよびポストDWH（2010）コアの間隔は、対になった短命の放射性同位元素^（234 Thのと²¹⁰ Pb）の年代^4を用いて決定しました。他のいくつかの分析は、ディープウォーターホライズンのイベント次のこのサイトでは堆積岩入力、堆積速度、およびポスト堆積プロセスを制約するために行われました。短命の放射性同位体分析、総脂肪濃度¹²に加えて、酸化還元に敏感な金属（マンガン、レニウム^）7、および総底生有孔虫密度^14を定量化しました。ミリメートルスケールとCMスケールでこれらのパラメータのそれぞれの比較を行った（ 表図2及び図3、図2）。センチメートルスケールのデータが統合で構成された、ミリメートルスケールのデータを意味します。

トップ深さ（mm）	過剰 鉛210 （DPM / g）を	過剰 TH-234 （DPM / g）を	TH-234と鉛210マージ年齢モデル （年）	合計 有孔虫 密度 （indiv./cm 3）	[再] （NG /グラム）	[マンガン] （ミリグラム/ G）	総脂肪族 （NG /グラム）
0	71.81	6.19	2010.9	1			336922.6
2	71.81	5.14	2010.9	3	0.69	10.2	53701.4
4	69.91	2.72	2010.8	2	0.53	15.9	77081.2
6	70.32	1.57	2010.8	6	0.57	12.1	48057.4
8	69.67	1.15	2010.7	10	0.61	11.3	42888.0
10	61.39	0.29	2009.6	10	0.73	8.30	50786.4
12	56.50	0.64	2008.5	12	0.75	7.1	51582.9
14	63.31	0.00	2007.5	11			52126.8
16	51.55	0.00	2006.5	11	0.79	6.9	59046.6
18	51.69	0.00	2005.6	10	0.77	7.1	48384.8
26	44.26		2000.7	9			31774.7
32	38.25		1997.2	9	0.83	8.3	37128.4
34	41.57		1996.0	12			25849.4
38	39.11		1993.1				29901.6
42	35.18		1990.1	10	0.89	8.0	257300.4
46	38.80		1987.0	12			23159.6
48	32.58		1985.3				21387.0
50	26.71		1983.3	9	0.94	5.3	15331.0
70	17.32		1965.8	11	1.33	2.2
90	10.32		1945.9		2.04	1.3
110	5.36		1923.3		2.12	1.2
130	2.21		1899.1
140	1.71		1888.5

表1： コアサイトDSH08からミリスケール解像度データ短命の放射性同位体の活動、年代、底生有孔虫密度、固相酸化還元敏感な金属濃度（Mnは、Re）が、12月に採取したコアサイトDSH08の総脂肪濃度を記録します。 2010年には、2ミリメートル刻み^4,7,12,14でサブサンプリングさ。

トップ深さ（mm）	過剰 鉛210 （DPM / g）を	過剰 TH-234 （DPM / g）を	TH-234と鉛210マージ年齢モデル （年）	合計 有孔虫 密度 （indiv./cm 3）	[再] （NG /グラム）	[マンガン] （ミリグラム/ G）	総脂肪族 （NG /グラム）
0	70.70	N / A	2010年	4	0.60	12.4	111730.1
1	56.89		2006.2	11	0.76	7.3	52385.5
2	44.26		2000.5	9	0.00		31774.7
3	39.65		1995.5	12	0.83	8.3	30959.8
4	35.52		1989.7	11	0.89	8.0	22273.3
5	26.71		1981.9	9	0.94	5.3	15331.0
6
7	17.32		1967.1	11	1.33	2.2
8
9	10.32		1945.2		2.04	1.3
10
11	5.36		1917.6		2.12	1.2
12
13	2.21
14	1.71

表2： コアサイトDSH08から センチメートル -s CALE解像度データ短命の放射性同位体の活動、年代、底生有孔虫密度、固相酸化還元敏感な金属濃度（Mnは、Re）が、とに集めコアサイトDSH08の総脂肪濃度を記録します。 2010年12月には、1センチメートル刻み^4,7,12,14で統合されています。

図2： ミリとセンチメートルスケールの分解能のデータをグラフィカルに表現 。短命の放射性同位体ACTIVities、年齢モデル、底生有孔虫密度、固相酸化還元敏感な金属濃度（Mnは、Re）が、そして2ミリメートル単位（青菱形）と1センチ刻みでサブサンプリングされた2010年12月に収集したコアサイトDSH08の総脂肪濃度の記録、 （赤四角^{）4,7,11,13。} この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

ミリメートルスケールのサブサンプリング（及び堆積条件^、4参照^）234 Thは、サブ年間スケールのクロノメーターとして使用するために許可された（N = 7）。表面センチは、一回の測定に低減されるので、CMスケールで、このデータは、年代を生成するための実行可能でない（N = 1）。総脂肪濃度は番目のに対し、ミリメートルスケールの記録によると336,922.6 NG / gのDW（ポストDWH）に（前DWH）NG /グラムDW 36,322.3から増加しましたセンチメートル規模集積平均に応じて電子ポストDWHの増加は111,730.1 NG /グラムDWでした。総底生有孔虫密度はプレDWH（平均= 11 indiv./cm ^3）に投稿-DWH（= 1 indiv./cm ^3を意味^する ）ミリメートルスケールで（N = 17）から、プリDWH（より減少=意味-DWHを投稿する10 indiv./cm ^3）（N = 7）（平均= 4 indiv./cm ^3）cmのスケールで。還元状態の指標となる表層2ミリメートルでレニウムの微妙な増加は、またセンチ解像度で解決されないであろう。

ディスカッション

押出機は、芯管の複数の径を収容するように変更することができます。コア径が変更された場合には、ピストン、パック、クランプの直径は、それに応じて調整しなければなりません。この変更は、湖底や海底堆積物のコレクションで幅広い用途を可能にします。堆積物コアは、フィールドまたはラボで押し出すことができます。この押出システムの出荷を容易にするために、一般的な修正は、2つのセクションでそれを構築することです。下側部分（基部とピストン）を上部（クランプ）に結合することができます。

この押出し法にはいくつかの制限があります。これらの最初は、それぞれのコア、またはコア部は、1メートルの長さ以下に切断しなければならないことです。任意の押出法のように、いくつかの圧縮は、必然的にもあります。しかしながら、この方法によって生じる圧縮は最小です。この方法で押し出さ複数のレコードの再現2-4 mm以内に収まっています。この再現性は、様々な間の比較で推定されています8コアのマルチコア・システムの同じ展開に収集されたレコード（微量金属、有機地球化学、底生有孔虫、堆積学）。この押出法は、主に（> 50％）、シルトおよび粘土サイズの粒子である堆積物にも最適です。砂サイズの粒子からなる主に（> 50％）を沈殿は、より高い摩擦係数に、追加の圧縮を引き起こし、結合する傾向があります。この方法に関連した最終的な制限は、ミリメートルスケールの解像度で各増分から入手できる堆積物の量です。この方法は、湿式質量の15〜20 gであり、いくつかの分析プロトコルのための限定的かもしれ2mmの解像度、で乾燥質量の3〜10グラムを提供します。

メキシコ湾北部でディープウォーターホライゾンイベントの堆積記録は、ミリメートルスケールのサブサンプリングの有効性を実証します。まず、出会い系のTh ^234ミリスケールのサブサンプリングなしでは不可能でした。この出会い系メートルethodは、さらに^4を議論している特定の状況下で適用することができます。ディープウォーターホライゾンイベント次の油を塗った、綿状物質のパルスは6-12カ月以内にメキシコ湾北部で特定のサイトで材料の8ミリメートルまで堆積し、これらの条件を満たしていました。ミリメートルスケールのサンプリングがなければ、このイベントの年代は、サブ毎年恒例の規模（ 表2、表 3）で解決されなかったであろう。 ²³⁴ Thの記録に加えて、酸化還元感受性微量金属、底生有孔虫密度、及びこのイベントの有機地球化学記録表面センチ（ 表3）に一つのデータポイントに限られていたであろう。その代わりに、使用したミリメートルスケールのサブサンプリングはMOSSFAイベントの詳細かつ堅牢（5-10データポイント）のレコードを提供しました。具体的には、ミリメートルスケールのサブサンプリングを用いて全脂肪族化合物中前ディープウォーターホライゾン値以上の4倍の増加（N = 18）が2倍に縮小されていたであろうセンチメートルスケールサブサンプリングを使用して、増加（N = 6）。したがって、ミリメートルスケールのサブサンプリングを使用して、90％の底生有孔虫密度の減少は、センチメートルスケールのサブサンプリングを使用して60％の減少に縮小されていたであろう。この高解像度サンプリングせずに、Mn酸化物、ならびに非定常状態のレドックス変化に伴う堆積物の再濃度の変化の離散的な二重ピークは解決されないであろう。全体として、この押出システムは、試料の全容積を保持し、水中の土砂サンプリングにおいて幅広い用途のために変更することができ、ミリメートルスケールでの堆積物のコアをサブサンプリングする能力を提供します。この方法の将来のアプリケーションは、地下油リリースに関連したミリメートルスケールのイベント層序による過去の油流出事故の評価を含むことができます。他のアプリケーションは、ミリメートルスケールの気候変動の湖沼のレコードを含むことができます。ミリスケールサブサンプリングは、人為的影響を受けたのコンテキストでイベント層序の特性を明らかにするのに有効であることが証明されましたシステム。

資料

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