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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Esta pesquisa foi parcialmente financiado pela programa da National Science Foundation RAPID (NSF-1048925, 1048919 e 1048914) para Alison Keimowitz, Ming-Kuo Lee, Bento Okeke, e James Saunders.

1. Preparação do Equipamento <ol><li> Preparação do núcleo Liners <ol><li> Calcular a espessura da fatia do núcleo que será obtida usando Volume = πr 2 x espessura; o volume final deve ser &lt;50 cm3. Com um diâmetro do núcleo 10 cm, podem ser obtidas fatias de 2 cm de espessura. NOTA: Não é necessário que o volume seja um total de 50 ml, mas os volumes de água intersticial obtido será proporcionalmente menor. </li><li> Usando uma serra de vaivém (ou similar), um forro de fatia de núcleo, ou um tubo de plástico de diâmetro idêntico, em 2 cm de anéis (ou outra espessura se utilizar um núcleo de diâmetro diferente). Obter 3-5 anéis. </li><li> Limpe todo o material plástico que vai entrar em contato com sedimentos, incluindo forros principais, tampões do núcleo, anéis, máquinas de corte de núcleo, tubos de centrífuga, seringas e colheres descartáveis. (Soak materiais plásticos em HCl a 10% durante 24 horas, lavar 3x em materiais plásticos nanopura (22 mohms água), e permitir que os materiais a secar ao ar, de preferência num laminarfluir capô, antes de embalar.) </li></ol></li><li> Preparação de Laboratório Jack <ol><li> Cortar um pedaço de madeira, usando uma serra de vaivém, para cobrir a 6 &quot;x 6&quot; tamanho da placa de topo do conector de laboratório e perfurar um orifício no centro desta madeira compensada usando uma serra de fixação a uma broca. NOTA: Este furo deve ser apenas ligeiramente maior do que o diâmetro das peças de extensor de PVC; para os tamanhos usados ​​aqui, o buraco deve ser de 2 ¾ &quot;. </li><li> Faça quatro pequenos buracos nas bordas desta madeira para coincidir com os furos na placa superior da tomada de laboratório, usando uma broca regular em uma broca de mão ou furadeira. Fixe a madeira compensada para a tomada de laboratório com laços zip. NOTA: Não deve haver &quot;mexer&quot; neste contraplacado. </li></ol></li><li> Perfurar um furo no centro de um a cerca de 2 &quot;x 1,5&quot; de madeira compensada ligeiramente maior do que o diâmetro exterior dos forros do núcleo utilizando uma serra de orifícios. Para 10 cm forros do núcleo de diâmetro, um 10,5-11,5 cm buraco será appropriate. Esta madeira é a placa de orientação núcleo. </li><li> Preparação do núcleo do Extrusor (êmbolo) <ol><li> Obter uma rolha de laboratório de borracha que se encaixa perfeitamente dentro dos forros principais. Se nenhum estiver disponível, fazer a barba um para tamanho usando uma navalha. Não use uma pequena demais rolha. </li><li> Parafuso a rolha de laboratório para uma cerca de 1&#39;-1.5 &#39;long, 1 &quot;passador de diâmetro ou vassoura punho. Cobrir a cabeça do parafuso na face da rolha com fita isolante impermeável. NOTA: O lado maior da rolha deve estar afastado do passador. </li></ol></li><li> Cortar uma cerca de 1,5 &quot;comprimento de tubo de PVC em ~ 6&quot; seções longas. NOTA: O diâmetro interno deve ser maior do que o passador no passo 1.4.2, mas menor do que a rolha no passo 1.4.1. Este protocolo assume usando o padrão &quot;PVC com diâmetro externo verdadeira de 2.375&quot; 2. Estas peças de PVC são os extensores do núcleo. </li><li> Montar todos os outros equipamentos necessários listados na Lista de Materiais. NOTA: Este should ser recolhidas no laboratório casa e trazido para o laboratório de campo. </li></ol> 2. Configurando a Estação Field Laboratory <ol><li> Configurando a Glove Bag <ol><li> Prender a placa de orientação do núcleo para a superfície de trabalho (bancada, a superfície de laboratório, etc.). Assegurar que o furo para o revestimento do núcleo está sobre a superfície de trabalho, mas é aberta. </li><li> Coloque o saco luva descartável sobre a placa de orientação do núcleo, e rodar o tubo do tubo de entrada do saco de luva para o regulador do tanque de N 2. Certifique-se de que o tanque é preso com segurança usando a braçadeira de bancada de cilindros. </li><li> Tape a tubulação para o saco de luvas para selar este ponto de entrada por circundando o saco em torno do exterior do tubo com fita isolante. Certifique-se que cerca de 8 &quot;de tubo se estende para o interior do saco de luvas Deslize a abraçadeira de tubo no tubo dentro do saco de luva;. Sair desta braçadeira aberta. </li><li> Cortar um &quot;X&quot; no fundo do saco sobre a luvaburaco na placa de orientação núcleo usando um cortador de caixa ou navalha. Este x deve ser menor do que o diâmetro do núcleo de revestimento. </li><li> Carregar o saco de luva com os itens encontrados na Tabela 1. </li></ol></li><li> Configurando o Core <ol><li> Coloque o macaco de laboratório no chão debaixo da área de trabalho onde o saco de luvas é aposta. Coloque o núcleo através do corte &quot;X&quot; na parte inferior do saco de luvas no passo 2.1.4, mantendo-o na posição vertical. NOTA: cerca de 4-6 &quot;do núcleo deve estender-se acima da placa de núcleo de estabilização. </li><li> Manter o núcleo estável para permitir pesquisador 2 para realizar os passos 2.2.3 através de 2.2.6. </li><li> Tape o núcleo para o saco luva de plástico em torno do &quot;X&quot;, usando bastante boa vedação fita isolante. </li><li> Inserir a pega do dispositivo de extrusão do núcleo em um &quot;diâmetro, ~ 6&quot; 2 longo de PVC espaçador, seguido por um tempo de acoplamento ~ 3 &quot;, seguido por um outro espaçador. Continue este padrão até que o PVC inteiramente cobertasa maçaneta; pode estender-se uma curta distância para além da extremidade da pega. Coloque a extrusão do núcleo (com espaçadores de PVC e acoplamentos) por baixo da parte inferior do núcleo. </li><li> Apoiar o núcleo de extrusão com a tomada de laboratório de modo a que o extrusor pode suportar o núcleo. Neste tempo, manter o conector tão baixo quanto possível, e usar espaçadores do núcleo sempre que possível. </li><li> Use um cortador de caixa para cortar cuidadosamente em volta da tampa central inferior. Este corte deve resultar em um anel de tampa de núcleo ser deixado do lado de fora do revestimento do núcleo e uma parte circular plana da tampa de núcleo no lugar contra os materiais do núcleo. </li><li> Coloque as mãos no saco de luva (pesquisador 1). Manter o núcleo estável de modo que não se move mais acima da placa de estabilização do núcleo enquanto pesquisador 2 começa a girar o jaque laboratório lentamente para elevar o núcleo. A extrusora núcleo deve entrar no forro do núcleo e começar a empurrar para cima o sedimento como um pop empurrão. </li><li> Wiggle lado do núcleo da extrusora para o outro ligeiramente, se neEDED para inseri-lo no forro do núcleo (pesquisador 2). Esteja preparado para uma ligeira pop quando ele entra. </li><li> Continue a elevar o núcleo até ao topo do material tubular é em ou perto do topo do revestimento do núcleo (investigadores 1 e 2). Note-se que a tampa de núcleo deve permanecer no topo do núcleo durante o procedimento. </li></ol></li><li> Selando a Glove Bag <ol><li> Verifique que todos os suprimentos necessários estão no saco de luvas; ligar o medidor de oxigênio portátil. </li><li> Aberto todos os tubos de centrífuga, garrafas de água e outros itens que contêm presos ar. Se o núcleo tem headspace acima da água parada, abra a tampa superior para limpar este espaço superior. </li><li> Ligue o regulador de modo que o fluxo de azoto através do tubo para dentro do saco de luvas é, a uma taxa moderada. Geralmente uma pressão de ~ 15 psi no último estágio do regulador com todas as válvulas abertas é apropriado. NOTA: Este deve ser rápido o suficiente para se sentir como uma forte brisa na pele, mas não tão forte que espalha saco de luvas suplonas. </li><li> Aponte o nitrogênio em todas as áreas do saco de luva, e empurre o nitrogênio para fora da abertura principal para o melhor de sua capacidade. Desligue o azoto. </li><li> Purgar o saco luva de três vezes, repetindo as etapas 2.3.6 através 2.3.9 três vezes. NOTA: Uma pessoa pode fazer isso, mas pode ser mais fácil para duas pessoas para que se possa manter as suas mãos nas luvas que são uma parte do saco de luva. </li><li> Selar a principal abertura do saco luva envolvendo 1-2 cordas elásticas em torno dele várias vezes. Ligue o azoto a um fluxo semelhante como em 2.3.3. mãos lugar pesquisador 1 nos luvas embutidas do saco de luvas. </li><li> Mover o tubo de azoto a partir de uma área do saco para o outro para encher o saco de luvas com atmosfera de azoto. Apontar o tubo em qualquer fendas tais como tubo de centrífuga aberto, acima da água em uma garrafa de esguicho, etc. </li><li> Desligue o azoto, fechando a braçadeira de tubulação. Note-se que isto pode ser realizado sem remover researcher mãos 1s do saco de luvas. </li><li> Abra a parte frontal do saco de luvas e usando pesquisadora corpo 1 do, empurrar tanto gás para fora do saco quanto possível. NOTA: O saco deve ser plana em torno das fontes de dentro dele neste momento. </li><li> Encha o saco luva para uma pressão confortável e desligar o azoto utilizando a braçadeira de tubulação. Alguma tentativa e erro pode ser necessária para encontrar uma pressão confortável, como muito cheio e é difícil para mover os braços, enquanto muito vazia e é difícil ver e manipular objetos. Abra a braçadeira de tubo de nitrogênio por curtos períodos para encher o saco se ele parece ter um vazamento lento ou está ficando mais vazias por qualquer motivo. Abrir a frente do saco para deixar sair pequenas quantidades de azoto, se ele torna-se desconfortavelmente cheio. </li><li> Verifique o nível de oxigênio dissolvido no medidor de oxigênio portátil. Ele deve estar abaixo de 1%. </li><li> Coloque as luvas de saco luva em luvas descartáveis. Estes irão melhorar a destreza. Mudá-los sempre que eles get sujo ou rasgado; descartar no recipiente de resíduos in-bag. </li></ol></li></ol> 3. Seccionamento o Core NOTA: esta parte do procedimento é muito mais facilmente realizado com dois pesquisadores. <ol><li> Remover a água parada utilizando uma seringa. filtro de seringa esta água e coloque em 50 ml tubos de centrífuga. </li><li> Remover uma seção do núcleo <ol><li> Coloque um anel de corte de base acima do topo do núcleo de revestimento. Elevar-se o núcleo (Secção 3.3) até ao topo do sedimento é, na parte superior do anel. </li><li> Inserir o fatiador de núcleo entre a parte superior do revestimento do núcleo e o anel. A secção de sedimentos está agora sentado em cima do cortador de núcleo. </li><li> Mover o sedimento para um tubo de 50 ml utilizando as colheres descartáveis. Tampe o tubo bem, uma vez que está cheio. </li><li> Lavar o cortador de núcleo e anel de corte de núcleo com a água nanopura; esguichar resíduos suja para dentro do recipiente de resíduos dentro do saco luva. colheres descartáveis ​​pode também ser lavado,ou descartadas, dependendo do número necessário. Seque o cortador de núcleo e núcleo de anel de corte com toalhas de papel. </li><li> Repita o passo 3.2 até que não haja mais material do núcleo permanece. </li></ol></li><li> Levantando o Core <ol><li> Ao longo de 3,2 que é necessário para elevar o núcleo. Faça isso em pequenos incrementos usando o jack de laboratório. Execute os seguintes três passos uma vez que a tomada de laboratório está totalmente estendido. </li><li> Manter o núcleo no lugar no saco luva (pesquisador 1). </li><li> Abaixe o jack de laboratório para sua configuração mais baixa, quando ela está totalmente comprimida (pesquisador 2). Certifique-se de que o núcleo é mantido no lugar com as mãos pesquisador 1s dentro do saco de luvas e as mãos pesquisador 2 do suporte de baixo. </li><li> Preencher o espaço entre a extremidade inferior do dispositivo de extrusão do núcleo e do jaque com espaçadores de PVC e acessórios. Certifique-se de que o núcleo está firmemente apoiada pelo extensor do núcleo antes de deixar ir do topo do núcleo. </li></ol></li></ol> 4. Exadjudicantes Porewaters <ol><li> Abra o saco de luva e retire o suporte de tubos de centrífuga. </li><li> Limpar o saco de luvas quando necessário, removendo qualquer tipo de solo, líquido ou condensação limpando o interior com toalhas de papel, água, etc. recipiente de resíduos vazio. </li><li> Selar a bolsa luva frouxamente com cordas elásticas. </li><li> Pesar tubos de centrífuga, que agora contêm seccionados de sedimentos (se desejado). </li><li> Enrole as partes superiores dos tubos de centrífuga com fita isolante para vedar a junção tampa / tubo. </li><li> Equilibrar os tubos para centrifugação, pesando-los depois de gravar. Adicionar ou remover fita isolante para obter pesos dentro de 0,5 g. NOTA: De um modo geral, os tubos a partir do topo do núcleo será mais leve do que as da parte inferior. </li><li> Colocar os tubos de centrifugação e centrifugar a aceleração máxima (1.100 xg é recomendado) para 20 min. Nota: As taxas de centrifugação mais altas irão permitir uma maior separação de porewaters. </li><li> Retire a fita elétrica da centrifutubos GE quer por unpeeling ou por corte com uma navalha antes de retornar os tubos para o saco de luvas. Retorno tubos de centrífuga de cremalheira após centrifugação e retornar para o saco de luvas. </li><li> Adicionar outro conjunto de tubos de centrífuga, seringas e filtros de seringa para o saco de luva. Estes novos tubos irá realizar porewaters e pode ser pré-rotulados. </li><li> Purgar o saco de luvas novamente como no passo 2.3.5. Se o saco luva só foi aberto brevemente para remover os tubos, e não foi feita, será aceitável para limpá-lo apenas duas vezes. Se um monitor de oxigénio está a ser utilizado, assegurar que a atmosfera no saco de luva é &lt;1% de O 2. Não se esqueça de abrir os tubos de centrifugação recém-adicionados e eliminá-los. </li><li> Introduza as mãos para as luvas no saco de luvas; como antes, cubra com luvas descartáveis. </li><li> Abra um tubo. Remover os porewaters de cima do sedimento utilizando uma seringa, em seguida, ligar um filtro de seringa com a ponta da seringa. Se porewaters e sedimentos são bem separados, porewatERS pode ser vazado directamente para uma seringa com o cano removido e um filtro de seringa na ponta. </li><li> Empurrar a água através do filtro de seringa no tubo de centrífuga apropriada. Nota: Alguns força será necessária; mais do que um filtro de seringa por exemplo pode ser necessária. </li><li> Substitua as tampas sobre o tubo de centrífuga contendo sedimentos e o tubo que contém porewaters. </li><li> Repita os passos de 4.13 por meio de 4.15 para cada amostra. </li><li> Abra o saco de luva e remover amostras. Ambos os tubos de sedimentos e água intersticial pode ser re-pesado. </li><li> Analisar porewaters imediatamente se desejar. As análises podem incluir (mas não estão limitados a) cromatografia de íons para grandes iões 11, ferrozina para a especiação de ferro 12, especiação de arsénio por voltametria 13, e especiação sulfeto de 14. </li><li> Congelar porewaters e sedimentos no shipper seco (aproximadamente -80 ° C) para preservar a especiação para análises posteriores, se necessário para as análises previstas. ele may também ser apropriada para manter as amostras esfriar em recipientes hermeticamente fechados ou em nitrogênio purgado sacos de alumínio. </li><li> Re-utilizar o saco de luvas para um segundo núcleo (a partir de 2.2.2) se desejado. Depois de dois núcleos, o saco de luva geralmente precisa de ser mudado. </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

A técnica aqui descrita é um flexível que pode ser ajustado para uma ampla gama de tamanhos, os locais do núcleo, a espessura da secção do núcleo, etc. Existem três componentes essenciais para o presente sistema. Em primeiro lugar, preparar um sistema de núcleo por extrusão de as dimensões certas para o núcleo para ser analisado. Instruções aqui são dadas assumindo uma cerca de 30 &quot;core, muito núcleos mais longos podem exigir mais peças de extensor de PVC e con...

Pesquisadores muitas vezes desejam estudar o estado redox e geomicrobiologia de um sistema água-sedimento. Este idealmente utiliza dados de ambos os sedimentos e águas dos poros, como as águas dos poros são frequentemente monitores sensíveis do sistema e são uma fonte comum, embora não a única, fonte de exposição ecológica a metais pesados ​​redox-sensíveis 1 como o arsénio e urânio. Dados de água nos poros pode ser obtido in situ usando filtros de difusão de equilíbrio, também conhecidos como &quot;Botucas,&quot; instalados no sedimento 2. Peepers são mais comumente usados ​​em ambientes onde o site campo é conhecido antes de começar o trabalho de campo e onde várias visitas ao longo de um período prolongado de tempo pode ser feita para o local de campo, por exemplo Shotyk 3. Por isso muitos contextos não permitem o uso de peepers, tais como locais acessíveis apenas por um curto período de tempo ou quando várias amostras exploratórios são obtidos para determinar onde uma investigação mais aprofundada deve ocorrer 4.Além disso peepers não amostra de sedimento simultaneamente para amostragem de água. Quando é desejável amostra de sedimento e água juntos, ou em locais de campo onde a instalação peeper não for possível, o método mais comum para obter sedimentos e água é retirada do núcleo de sedimentos. A obtenção de um núcleo não misturados é um precursor essencial para o processo descrito no presente trabalho 5. Uma vez que o núcleo é obtido das águas dos poros podem ser obtidos por espremedura 6 ou centrifugação; ambos têm vantagens e desvantagens. Centrifugação é geralmente considerado o método mais confiável para extrair porewaters de núcleos de sedimentos, 7 embora cuidados devem ser tomados para evitar a oxidação dos sedimentos ou águas dos poros. Neste método, descrevemos a extrusão do núcleo e centrifugação para extrair águas dos poros com a oxidação mínima. Os autores utilizaram o método aqui descrito numa variedade de contextos, incluindo marinho 8, contaminado lago <sup&gt; 9, e zonas húmidas 10. Os dados representativos mostrados demonstra que as condições de redução pode ser preservada. Com a excepção da centrifugação, são utilizados materiais de baixo custo, e este método pode ser aplicado a uma ampla variedade de questões de pesquisa e geoquímico 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

Nós demonstramos um método para seccionamento núcleos de sedimentos e extração de águas dos poros, mantendo condições livres de oxigênio. Um sistema simples, barato é construído e pode ser transportado para um espaço de trabalho temporário perto do sítio (s) de amostragem de campo para facilitar a análise rápida. Os mandris são extrudidas em um saco de luva portátil, onde são seccionados e cada secção de espessura de 1-3 cm (dependendo do diâmetro do núcleo) é selada em 50 ml de tubos de centrífuga. águas dos poros são separados por centrifugação do lado de fora do saco de luvas e, em seguida, devolvidos ao saco de luva para a separação a partir do sedimento. Estas amostras de água intersticial extraído pode ser analisado imediatamente. análises imediatas de espécies sensíveis redox, como o sulfeto, especiação de ferro, e especiação de arsénio indicam que a oxidação das águas dos poros é mínima; algumas amostras mostram aproximadamente 100% das espécies reduzidas, por exemplo, 100% de Fe (II) com o não detectável Fe (III). Ambas as amostras de água de sedimentos e de poros pode ser preservada to maintain espécies químicas para posterior análise em cima do retorno para o laboratório.

<html> O tipo de resultados obtidos depende de análises realizadas e sobre a configuração geoquímica a partir do qual foi obtido o núcleo. O oxigénio dissolvido pode ser medido nas porewaters extraídos, mas, em muitas configurações esta será zero abaixo dos primeiros poucos centímetros do núcleo. As análises que habitualmente fornecem informações mais significativas incluem a especiação de ferro (Fe II / Fe III) 12, especiação de arsênio (As III / Como V) <s...

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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.

Sedimentos Núcleo de corte e extração de Pore Waters sob condições anóxicas

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

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Research

JoVE Journal

Environment

8.9K visualizações.  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.

Determinados pelo Laboratório Fósforo Flux do Lago Sedimentos como medida de Fósforo Interno Carregando

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

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.

A Bolsa Benthic de O<sub&gt; 2</sub&gt;, N<sub&gt; 2</sub&gt; e nutrientes dissolvidos Usando pequeno núcleo incubações

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.

Monólito escavação para Coupled Hidrológicos, geoquímicos e microbiológicos Investigações

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.

Imagem Reservoir Condição Pore escala de múltiplas fases de fluidos utilizando microtomografia de raios-X

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 ...

Engenharia

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.

Ressurreição de dormentes Daphnia magna: protocolo e aplicações

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.

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

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

Química

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.

Estimando taxas de desnitrificação do sedimento usando núcleos e N2O Microssensores

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 de Grãos de Quartzo para Datação por Luminescência Opticamente Estimulada (OSL) de Sedimentos Quaternários para Pesquisa Paleoambiental

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.

Imagem de poro-escala e caracterização de hidrocarbonetos molhabilidade de rocha reservatório no subsolo condições utilizando microtomografia de raios-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.

Amostragem de soluto dissolvido em uma interface água-solo óxico-anóxica usando perfiladores de microdiálise

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

Sedimentos Núcleo de corte e extração de Pore Waters sob condições anóxicas

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