En extrudering med användning av en kalibrerad gängad-stång presenteras, vilket möjliggör mm skala subsampling av vattensedimentkärnor. Millimeter skala provtagning är nödvändig för att fullständigt karaktärisera senaste händelsen stratigraphy i sediment poster.
Aquatic sedimentpropp subsampling utförs vanligen vid cm eller halv-cm upplösning. Beroende på sänkan och depositional miljö, ger denna resolution rekord på den årliga till decadal skala, i bästa fall. En extrudering metod med en kalibrerad, gängad-stång presenteras här, vilket gör det möjligt för millimeterskala subsampling av vattensedimentkärnor med olika diametrar. Millimeterskala subsampling möjliggör underårig till månads analys av sedimentära rekord, en storleksordning högre än vanliga stickprovs. Extrudern består av en 2 m aluminiumram och bas, två klämmor kärnrör, en gängad-stav, och en 1 m kolven. Den sedimentpropp är placerad ovanför kolven och fastklämd vid ramen. En akryl provtagning kragen är fäst till de övre 5 cm av kärnröret och ger en plattform för att extrahera underprover. Kolven roteras runt gängstången på kalibrerade intervall och försiktigt skjuter sedimentet ut tillp av kärnröret. Sedimentet isoleras sedan in i provtagnings kragen och placeras i en lämplig provtagningskärlet (t.ex., burk eller påse). Denna metod bevarar också de konsoliderade prover (dvs hög porvatten innehåll) vid ytan, vilket ger en jämn samplingsvolymen. Detta mm skala extrudering metod tillämpades på kärnor som samlats i norra Mexikanska golfen efter Deepwater Horizon ubåt olje släpper. Uppgifter tyder på att det är nödvändigt att ta prover på mm skala för att fullständigt karaktärisera händelser som inträffar på den månatliga tidsskalan för kontinentalbranten sediment.
Sediment kärnprover från lakustrina, flodmynningar och marina (kontinentalsockeln och lutning) miljöer har gett uppgifter om salthalt, temperatur, organiska och oorganiska föroreningar och många andra miljöparametrar på decadal till tusenåriga tidsskalor 1-3,6,8,13 17. I de flesta fall, de vanliga metoder är avsnittet dessa kärnor vid halv centimeters eller centimeters mellanrum 5,15. Resolutionen är lämplig för flerårigt decadal eller högre skala upplösning i de flesta fall. Behovet av ökad strängsprutnings upplösning har nyligen demonstrerats i vissa rapporter som detekterade variationen i sedimentära biomarkörer / proxies på en fin skala längs den vertikala profilen av sedimentpropp 11,16. När det gäller nyligen sedimentation som sker på tidsskalor månader till ett år, är det då nödvändigt att använda finare upplösning subsampling metoder (t.ex. mm skala). Detta är ofta en utmaning med vattensediment på grund av than icke konsoliderad karaktär ytsedimenten.
Vi presenterar en sedimentpropp extrudering metod som ger mm skala sediment delprov. Vi tillämpar sedan denna extrudering metod för att sedimenten i norra Mexikanska golfen efter Deepwater Horizon (DWH) händelse. Denna ansökan visar effekten av millimeterskala sampling i karakterisera under årligt evenemang stratigrafi i samband med mänsklig påverkade depositionssystem.
Månadsvis eller underårig skala upplösning i sedimentära register är särskilt fördelaktig när karakterisera kortsiktiga händelse stratigrafi. Miljöbedömningar som använder underårig upplösning kan fullständigt karaktärisera människan orsakade sedimenteringshändelser.
Sediment i norra Mexikanska golfen som drabbats av olje händelse Deepwater Horizon ge ett exempel på händelse stratigraphy helt karakteriseras med användning millimeter (underårig) scale upplösning provtagning. Efter Deepwater Horizon (DWH) händelse i 2010, kontinentalbranten sediment i nordöstra Mexikanska golfen (nGoM) kom i kontakt med kolväten genom en storleksordning ökning av flock kolväten nedfall 4,9,10,12,14,18. Ökningen av sedimenteorsakades av en marin olja Snow sedimentering och flock Accumulation (MOSSFA) händelse 4,9,10,12,14,18. Detta resulterade i cirka 6-10 mm sedimentackumulation i en 6-12 månaders period från mitten av 2010 till början av 2011 4. Det var nödvändigt att delurval dessa sedimentkärnor på millimeterskala till fullo karaktärisera ingångarna, graden av sedimente och post-depositionsprocesser.
Extrudern kan modifieras för att rymma flera diametrar kärnröret. Om kärndiameter ändras, då kolven, puck och klämdiameter måste anpassas därefter. Denna ändring gör det möjligt för breda tillämpningar inom lakustrina och havssediment samling. Sedimentkärnor kan också extruderas i fältet eller i laboratoriet. En vanlig modifiering för att underlätta transporten av detta sprutsystemet är att bygga den i två delar; en nedre sektion (bas och kolv) kan därefter kopplas till den övre sektionen (klämmor).
Det finns vissa begränsningar för denna extrudering metod. Den första av dessa är att varje kärna eller kärnsektion, måste kapas till en meters längd eller mindre. Som med alla strängsprutningsmetod, finns det också oundvikligen en del kompaktering. Emellertid är kompaktering som orsakas av denna metod minimal. Reproducerbarheten för flera poster som strängsprutats på detta sätt är inom 2-4 mm. Denna reproducerbarhet beräknas på jämförelser mellan olikaposter (spårmetaller, organiska geokemi, bentiska foraminifera, Sedimentologi) samlats på samma utplacering av en åtta kärn flerkärniga systemet. Denna extrudering metod är också bäst lämpad för sediment som i första hand (> 50%) silt och lera stora partiklar. Sedimentera huvudsakligen (> 50%) bestående av sand storlek partiklar tenderar att binda, orsakar ytterligare kompaktering, på grund av en högre friktionskoefficient. Den slutliga begränsningen i samband med denna metod är den mängden sediment är tillgänglig från varje inkrement vid millimeterskala upplösning. Denna metod ger ca 15-20 g våta massan och 3-10 g torrvikt på 2 mm upplösning, vilket kan vara begränsande för vissa analysprotokoll.
De sedimentära register över Deepwater Horizon händelsen i norra Mexikanska golfen visar effekten av millimeterskala subsampling. Först av allt, skulle 234 Th datering inte varit möjlig utan millimeter skala subsampling. Denna dating metod kan endast tillämpas under vissa omständigheter, som ytterligare diskuteras fyra. Pulsen av oljad-flockmaterialet efter Deepwater Horizon händelsen uppfyllt dessa villkor, att deponera upp till 8 mm av material vid vissa platser i norra Mexikanska golfen inom 6-12 månader. Utan mm skala urval, datering av denna händelse inte skulle ha lösts på underårig skala (tabell 2 och 3). Utöver de 234 Th register skulle redoxkänsliga spårmetaller, bentiska foraminiferal densitet, och de organiska geokemi uppgifter om denna händelse har begränsats till en datapunkt i ytan centimeter (tabell 3). Istället använder millimeterskala sub provtagning gav en detaljerad och robust (5-10 datapunkt) dokumentation av MOSSFA händelsen. Specifikt skulle en 4-faldig ökning (n = 18) ovan pre-Deepwater Horizon-värden i den totala alifater hjälp mm skala subsampling har reducerats till en 2-faldigöka, genom att använda cm skala subsampling (n = 6). Följaktligen skulle en minskning i bentiska foraminiferal täthet av 90% under användning mm skala subsampling ha reducerats till en minskning med 60% genom att använda cm skala subsampling. Utan denna höga upplösning provtagning skulle diskreta dubbla toppar Mn-oxid, samt förändringar i sedimentära Re koncentrationer i samband med icke steady-state redox förändringarna inte lösas. Sammantaget ger detta extrudering systemet förmågan att delprov sedimentkärnor i mm skala, behålla hela volymen av provet och kan modifieras för breda tillämpningar inom vattensedimentprovtagning. Framtida tillämpningar av denna metod kan inbegripa en bedömning av tidigare oljeutsläpp, på grund av mm skala händelse stratigraphy samband med utsläpp under ytan olja. Andra tillämpningar kan innefatta lakustrina uppgifter om mm skala klimatvariationer. Millimeterskala undersamplings har visat sig effektiv i att karakterisera händelse stratigraphy i samband med mänsklig påverkassystem.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning möjliggjordes delvis av ett bidrag från BP / Mexikanska golfen Forskningsinitiativet, C-IMAGE, DJUP C och delvis av British Petroleum / Florida Institute of Oceanography (BP / FIO) -Gulf oljebekämpnings, respons och återhämtning Grants. Författarna tackar Nico Zenzola för hans insats i utvecklingen av detta förfarande. Författarna tackar också besättningen på R / V Weatherbird II för deras hjälp under fältprogram.
Data kan nås på GRIIDC webbplats: https://data.gulfresearchinitiative.org/ (data / R1.x135.119: 0004 /), (data / Y1.x031.000: 0003 /), (data / Y1. x031.000: 0006 /), (R1.x135.120: 0004).
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 |