Sedimentos do núcleo método de extrusão na resolução Millimeter Usando um, rosca-rod calibrado

Resumo

Um processo de extrusão utilizando uma haste roscada-calibrado é apresentado, o qual permite a subamostragem escala mm de núcleos de sedimentos aquáticos. amostragem milímetro escala é necessário caracterizar plenamente estratigrafia evento recente em registros de sedimentos.

Resumo

Aquatic subsampling núcleo do sedimento é comumente realizada em resolução cm ou meio-cm. Dependendo da taxa de sedimentação e ambiente de deposição, esta resolução fornece registros no anual a decadal escala, na melhor das hipóteses. Um método de extrusão, utilizando uma, haste roscada-calibrado é apresentado aqui, o que permite a subamostragem-escala milimétrica de núcleos de sedimentos aquáticos de diâmetros variados. Milímetro subsampling escala permite a sub-anual para análise mensal do registro sedimentar, uma ordem de magnitude maior do que esquemas de amostragem típicos. A extrusora consiste de um quadro de 2 m de alumínio e uma base, dois grampos de tubo de núcleo, um-haste roscada, e um pistão 1 m. O núcleo do sedimento é colocado por cima do êmbolo e fixada ao quadro. Um colar de amostragem acrílico é aposta para as superiores a 5 cm do tubo de núcleo e fornece uma plataforma a partir da qual extrair sub-amostras. O pistão é rodado em torno do varão roscado em intervalos calibrados e empurra suavemente o sedimento a ap do tubo de núcleo. O sedimento é então isolado na gola de amostragem e colocado em um recipiente de amostragem apropriado (por exemplo, frasco ou saco). Este método também preserva as amostras não consolidadas (isto é, conteúdo de água de alta poros) na superfície, proporcionando um volume de amostragem coerente. Este método de extrusão escala mm foi aplicado em núcleos recolhidos no Golfo norte do México após o lançamento de petróleo submarino Deepwater Horizon. A evidência sugere que é necessário para provar na escala mm para caracterizar plenamente eventos que ocorrem na escala de tempo mensal de sedimentos talude continental.

Introdução

Amostras do núcleo de sedimentos de lacustres, estuarinas e ambientes marinhos (plataforma e talude continental) apresentaram registros de salinidade, temperatura, poluentes orgânicos e inorgânicos e muitos outros parâmetros ambientais sobre decenal para milenares escalas de tempo ^{1-3,6,8,13 , 17.} Na maioria dos casos, as práticas padrão são a seção esses núcleos em intervalos de meio centímetro ou centímetros ^5,15. Esta resolução é apropriada para multi-ano, decadal ou resolução maior escala na maioria dos casos. A necessidade de uma maior resolução de extrusão foi recentemente demonstrada em alguns relatórios que detectaram variabilidade dos biomarcadores sedimentares / proxies em uma escala muito bem ao longo do perfil vertical do núcleo do sedimento ^11,16. No caso de sedimentação recente que ocorre em escalas de tempo de meses a um ano, é então necessário utilizar métodos de resolução de subamostragem mais finas (por exemplo, escala em mm). Isso é muitas vezes um desafio com sedimentos aquáticos devido à tele não consolidada natureza dos sedimentos superficiais.

Nós apresentamos um método de extrusão núcleo do sedimento que fornece escala mm de sedimentos sub-amostras. Em seguida, aplicar este método de extrusão para os sedimentos do norte do Golfo do México após o evento Deepwater Horizon (DWH). Esta aplicação demonstra a eficácia da subsampling escala milimétrica na caracterização estratigrafia evento sub-anual relativa aos sistemas de deposição antropogenicamente influenciaram.

Resolução mensal ou sub-anual escala nos registros sedimentares é particularmente vantajosa quando caracterizando estratigrafia evento de curto prazo. avaliações ambientais usando resolução sub-anual são capazes de caracterizar completamente eventos de sedimentação por factores antropogénicos.

Sedimentos no norte do Golfo do México que foram afetados pelo evento de petróleo Deepwater Horizon fornecer um exemplo de estratigrafia evento caracterizado inteiramente usando milímetro (sub-anual) samostragem resolução cale. Após o evento Deepwater Horizon (DWH) em 2010, sedimentos talude continental do Golfo do nordeste do México (Ngom) entrou em contato com hidrocarbonetos através de uma ordem de magnitude aumento na deposição de hidrocarbonetos flocculent ^{4,9,10,12,14,18.} O aumento da sedimentação foi causada por um evento de neve óleo marinho sedimentação e de floculação Acumulação (MOSSFA) ^{4,9,10,12,14,18.} Isto resultou em cerca de 6-10 mm de acumulação de sedimentos em um período de 6-12 meses de meados de 2010 a início de 2011 ^4. Foi necessário sub-amostra desses núcleos de sedimentos em milímetros de escala para caracterizar completamente as entradas, as taxas de sedimentação e processos pós-deposicionais.

Protocolo

1. Recolha de sedimentos Cores

1. Recolha núcleo aquático sedimentos usando multi-core, núcleo box, piston core, etc. ^4,7,12,14. Certifique-se de que a seção do núcleo é de 1 m ou menos.
2. Inserir policarbonato ou acrílico disco na parte inferior do núcleo. Certifique-se de que o disco é consistente com o diâmetro interior do tubo de núcleo. Inserir uma junta de borracha sobre o diâmetro exterior do disco para reter a totalidade do núcleo do sedimento.
3. Após a recuperação do núcleo, expulsar imediatamente ou pacote para transporte e armazenagem (consulte os passos 1.4 a 1.6 para o armazenamento e transporte).
4. Inserir uma espuma ou puck acrílico na superfície do tubo de núcleo e pressionar suavemente para baixo até que a espuma ou acrílico é um pouco acima da interface sedimento para manter a integridade da interface sedimento-água durante o transporte e armazenamento.
5. Coloque a tampa na parte superior do tubo de núcleo e selar com fita isolante. Coloque a tampa na parte inferior do tubo de núcleo e selar com electrical fita. Rotular a tampa superior com projeto necessário e identificadores de exemplo.
6. núcleos Armazenar à temperatura desejada com base na análise desejada.
   NOTA: Por exemplo, os núcleos utilizados para a análise química orgânica ou análise biológica pode ser congelada (-20 ° C), enquanto que os núcleos de radioisótopo de vida curta possa ser armazenado à temperatura ambiente (~ 20-25 ° C).

2. Prepare Vessels Sub-amostra e ferramentas

1. Etiqueta vasos sub-amostras (por exemplo, frascos, sacos ou taças) com nome do projeto, site de núcleo e incremento (por exemplo, PROJECT NAME_CORE Site_0 - 2 mm), juntamente com qualquer outra informação de identificação pertinente (por exemplo, data, tipo core).
2. Montar e esterilizar (metanol) instrumentos de corte necessárias (por exemplo, pás acrílico, espátulas, etc.) e equipamentos de proteção individual (por exemplo, luvas, jalecos, etc.).
   Nota: Estes instrumentos e os seus procedimentos de esterilização irá depender do tipode análise a ser feita em cada sub-amostra. Por exemplo, o uso de instrumentos de metal e acrílico (em oposição ao plástico) é essencial para a análise química orgânica, ao passo que implementa acrílicas e materiais plásticos (em oposição ao metal) deve ser utilizado para análises de oligoelemento inorgânico.

3. Prepare Sedimentos Núcleo de Extrusão

1. Se o núcleo tenha sido armazenado ou preservado, retire a tampa inferior primeiro. Para efectuar este corte da tampa inferior com uma lâmina de barbear e permitir que o tampão de topo para manter um vácuo, que detém o sedimento no tubo durante a transferência para o extrusor (o disco de extrusão já deve ser inserido na parte inferior dos núcleos conservados ) (Figura 1).
2. Ao extrudir imediatamente após a recolha, inserir o disco de extrusão para a parte inferior do núcleo. Em seguida, delicadamente definir o tubo de núcleo sobre o pistão e apertar o núcleo para a extrusora utilizando as braçadeiras.
3. Certifique-se de que não há, pelo menos, 5 cm do tubo de núcleo remanescente abovum e o grampo superior para o colar de amostragem.
4. Retire a tampa superior.
5. Coloque o colar de amostragem no topo do tubo de núcleo. Certifique-se o colar está sentado nivelada com o ponto mais alto do tubo de núcleo para evitar qualquer perda de amostra.
6. Amostra (ou descartar se não for necessário) a água acima do sedimento neste momento com uma seringa ou sifão.
7. Depois de extrair a água, começar a girar o pistão para alinhar a superfície mais sedimento com a superfície da gola de amostragem.

4. Extrusão

1. Rodar o pistão para a resolução de amostragem desejada (tipicamente 1-2 mm, uma rotação completa = 2 mm sub-amostra) (Figura 1).

Figura 1:. Fotografias de Extrusora de fotografias de extrusora que definem o pistão (1), acoplamento (2), com rosca de haste (3), a base de extrusora (4), grampos (5), tubo de núcleo (6), sampling colar (7), e faixa de borracha (8). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Utilizar a placa de acrílico (corte com o diâmetro interior do colar de amostragem) para fazer o corte da amostra inicial. Subsequentemente mover a sub-amostragem para a borda do colar de amostragem lentamente ao posicionar o recipiente de amostragem apropriada abaixo da boca do anel de amostragem.
3. Começar a empurrar a amostra para dentro do recipiente de amostragem. Após a maior parte da amostra é no recipiente, usar os instrumentos mais pequenos (por exemplo, faca de massa de vidraceiro) para mover qualquer amostra restante na gola de amostragem para o recipiente de amostragem.
4. Utilizar a menor implementar para limpar a quantidade remanescente da amostra da placa de acrílico e qualquer outra superfície de amostragem para o recipiente de amostragem.
5. Uma vez que a amostra é completamente transferido do anel de amostragem para o recipiente, limpar a amostragem Tools com água desionizada, toalhetes de laboratório e / ou outro fluido de esterilização (por exemplo, metanol). Limpe o colar de amostragem em conformidade com toalhetes de laboratório, água deionizada e outras solução de esterilização.
6. Selar o recipiente da amostra e preparar o recipiente da amostra próxima para a extrusão. Repita os passos 4.1 até 4.5 para cada subamostra.

5. Reiniciar o Extrusora

1. Redefinir a extrusora manualmente. Utilize uma banda de borracha broca e para acelerar o processo de reposição do pistão para a parte inferior da haste-rosca.
2. Coloque a banda de borracha em torno do êmbolo perto da base para a maior estabilidade.
3. Esticar o elástico em torno da cabeça da broca e definir a direção da broca para girar o pistão para baixo.
4. Rodar o êmbolo usando uma velocidade baixa na broca até que ele atinja a altura desejada acima da base da extrusora.
   Nota: Esta altura é com base no comprimento do núcleo para ser extrudido e desejado heig amostragemht.

Resultados

Cores do site DSH08 foram coletadas em dezembro de 2010 (29 ° 7.25 'N, 87 ° 51.93' W, 1.143 m de profundidade) usando um oceano Instruments MC-800 multicorer. Estes núcleos foram extrudidos a 2 mm para as superficiais de 15 cm (ou mais), utilizando o protocolo anteriormente referido. A intervalos do núcleo pré-DWH (antes de 2010) e pós-DWH (2010) foram determinados utilizando um geocronologia ⁴ de radioisótopos de vida curta emparelhado ⁽²³⁴ Th e ²¹⁰ Pb). Várias outras análises foram realizadas para restringir as entradas sedimentares, taxas de deposição e os processos pós-deposicionais neste local após o evento Deepwater Horizon. Além da análise de curta duração radioisótopo, a concentração alifáticos totais ^12, metais sensíveis redox (manganês, rênio) ^7, e densidade de foraminíferos bentônicos total de ¹⁴ foram quantificados. Uma comparação de cada um destes parâmetros na escala escala mm e cm foi realizada (Tabelas2 e 3, Figura 2). dados de escala de centímetros foi composta por integrada, significa dados da escala mm.

Top Profundidade (mm)	Excesso Pb-210 (dpm / g)	Excesso Th-234 (dpm / g)	Th-234 e Pb-210 modelo Idade Incorporada (ano)	Total foraminiferal Densidade (indiv./cm 3)	[Ré] (ng / g)	[Mn] (mg / g)	total de Alifáticos (ng / g)
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	25730.4
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

Tabela 1: Millimeter-scale resolução de dados do Núcleo site DSH08 atividades de radioisótopos de curta duração, geocronologia, densidade bentônica foraminíferos, as concentrações redox sensível de metal de fase sólida (Mn, Re), e os registros de concentração alifáticos totais para o site do núcleo DSH08 recolhidos em dezembro. 2010, sub-amostrado em dois incrementos de milímetro ^4,7,12,14.

Top Profundidade (mm)	Excesso Pb-210 (dpm / g)	Excesso Th-234 (dpm / g)	Th-234 e Pb-210 modelo Idade Incorporada (ano)	Total foraminiferal Densidade (indiv./cm 3)	[Ré] (ng / g)	[Mn] (mg / g)	total de Alifáticos (ng / g)
0	70.70	N / D	2010	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	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

Tabela 2: Centímetro -s cale resolução de dados do Núcleo site DSH08 atividades de radioisótopos de curta duração, geocronologia, densidade bentônica foraminíferos, as concentrações redox sensível de metal de fase sólida (Mn, Re), e os registros de concentração alifáticos totais para o site do núcleo DSH08 coletados em. Dezembro de 2010, integrado na incrementos de um centímetro ^4,7,12,14.

Figura 2: Representação gráfica de Milímetro e centímetro escala resolução de Dados. activ radioisótopos de vida curtadades, modelo idade, densidade de foraminíferos bentônicos, as concentrações redox sensível de metal de fase sólida (Mn, Re), e os registros de concentração alifáticos totais para DSH08 principal do site coletadas em dezembro de 2010, subamostrados em dois incrementos de milímetros (diamantes azuis) e incrementos de um centímetro (quadrados vermelhos) ^4,7,11,13. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Subamostragem milímetro escala (e condições sedimentares, ver ⁴⁾ permitiu ²³⁴ Th para ser utilizado como um cronómetro em escala sub-anual (n = 7). Na escala cm, estes dados não seria viável para a produção de um Geochronology porque a superfície centímetros seria reduzido para uma medição (n = 1). As concentrações totais alifáticos aumentou de 36,322.3 ng / g DW (pré-DWH) para 336,922.6 ng / g DW (pós-DWH) de acordo com os registos escala mm, enquanto the aumento de pós-DWH de acordo com a média integrada escala centímetros foi 111,730.1 ng / g dw. Total de densidade de foraminíferos bentônicos diminuiu de pré-DWH (média = 11 indiv./cm ³⁾ para a pós-DWH (média = 1 indiv./cm ³⁾ na escala mm (n = 17) e, desde a pré-DWH (média = 10 indiv./cm ³⁾ para a pós-DWH (média = 4 indiv./cm ³⁾ na escala cm (n = 7). O aumento na subtil rénio no superficial 2 mm, o que é indicativo de condições redutoras, não seria também ser resolvidos a resolução centímetros.

Discussão

A extrusora pode ser modificado para acomodar múltiplos diâmetros de tubo de núcleo. Se o diâmetro do núcleo é alterado, em seguida, o pistão, disco, e diâmetros de fixação devem ser ajustados em conformidade. Esta modificação permite amplas aplicações em lacustre e coleta de sedimentos marinhos. Os núcleos de sedimentos também pode ser extrudido no campo ou no laboratório. Uma modificação comum para facilitar a expedição deste sistema de extrusão é construí-lo em duas seções; uma secção inferior (base e pistão) pode, então, ser acoplada à secção superior (braçadeiras).

Existem algumas limitações para este método de extrusão. O primeiro deles é que cada núcleo, ou da secção do núcleo, deve ser cortada com o comprimento de um metro ou menos. Como com qualquer método de extrusão, há também inevitavelmente alguma compactação. No entanto, a compactação provocada por este método é mínima. A reprodutibilidade dos vários registros extrudados desta forma está dentro de 2-4 mm. Esta reprodutibilidade é estimado em comparações entre diferentesregistros (traço de metal, geoquímica orgânica, foraminíferos bentônicos, sedimentology) coletados na mesma implantação de um sistema multicore de oito núcleos. Este método de extrusão também é mais adequado para sedimentos que são principalmente (> 50%) silte e argila partículas de tamanho. Sedimentos predominantemente (> 50%) que consiste em partículas de tamanho de areia tende a ligar-se, causando a compactação adicional, devido a um coeficiente de atrito mais elevado. A última limitação associada com este método é a quantidade de sedimento disponível a partir de cada incremento na resolução em escala milimétrica. Este método fornece cerca de 15-20 g de massa húmida e 3-10 g de massa seca de uma resolução de 2 mm, o que pode ser limitativo para algumas protocolos analíticos.

Os registros sedimentares do evento Deepwater Horizon no norte do Golfo do México demonstrar a eficácia de subsampling escala milimétrica. Primeiro de tudo, ²³⁴ Th namoro não teria sido possível sem subsampling escala milimétrica. Esta datação método só pode ser aplicada em determinadas circunstâncias, que são posteriormente discutidos ^4. O pulso de material floculante oleada após o evento Deepwater Horizon satisfeitas estas condições, depositando até 8 mm de material em determinados locais no norte do Golfo do México dentro de 6-12 meses. Sem a amostragem de escala mm, a geocronologia deste evento não teria sido resolvido em escala sub-anual (Tabelas 2 e 3). Além dos ²³⁴ registros Th, metais redox-sensíveis de rastreamento, a densidade de foraminíferos bentônicos, e os registros geoquímicos orgânicos deste evento teria sido limitado a um ponto de dados no centímetro de superfície (Tabela 3). Em vez disso, a utilização de sub amostragem em escala milimétrica forneceu um registro detalhado e robusto (5-10 ponto de dados) do evento MOSSFA. Especificamente, um aumento de 4 vezes (n = 18) acima dos níveis pré Deepwater Horizon valores em alifáticos totais usando subsampling escala mm teria sido reduzido a um de 2 vezesaumentar, utilizando subamostragem escala cm (n = 6). Por conseguinte, uma diminuição na densidade foraminiferal bêntico de 90% usando subamostragem escala mm teria sido reduzida para uma diminuição de 60% usando subamostragem escala cm. Sem esta amostragem de alta resolução, picos duplos discretos de óxido de manganês, bem como alterações nas concentrações de Re sedimentares associados às alterações redox não steady-state não seria resolvido. Em geral, este sistema de extrusão fornece a capacidade de subamostra sedimentos na escala mm, mantendo a totalidade do volume da amostra e pode ser modificada para vastas aplicações em amostragem de sedimento aquático. futuras aplicações deste método pode incluir a avaliação de derrames de petróleo passado, devido à estratigrafia evento escala mm associada com lançamentos de petróleo subsuperficial. Outras aplicações podem incluir registros lacustres da variabilidade climática escala mm. Milímetro escala sub-amostragem tem se mostrado eficaz na caracterização estratigrafia evento no contexto do antropogenicamente influenciadosistemas.

Materiais

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