Benthic Exchange של O ₂, N ₂ וחומרים מזינים מומסים באמצעות קטנים Core incubations

המטרה הכוללת של ניסוי ביוגיאוכימי זה היא לבצע מדידות מציאותיות של חילופי מומסים וגזים בין פני המשקע למים שמעליו, במטרה לחדד את מאזן המסה המימית וליידע את מאמצי המודלים הביו-גיאוכימיים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בביוגיאוכימיה ימית, כגון עד כמה המשקעים שלנו חשובים ככיורים ומקורות של יסודות נוטריינטים, וחמצן. הוא מותאם למדידת דניטריפיקציה מימית, כיור מרכזי במחזור החנקן הימי.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא יעילה ביותר, ומאפשרת לנו כיסוי מרחבי וזמני ניכר של תהליכים ביוגיאוכימיים של משקעים. התחל בציון מיקום אתר הדגימה על ידי GPS. לאחר מכן קבע את החמצן, הטמפרטורה והמליחות של המים התחתונים באמצעות סונדה באיכות מים YSI.

הורד אותו לכמטר אחד מעל המשקע ובצע קריאה. לאחר מכן, בצע קריאות עם מד PAR ומסגרת הורדה על פני השטח ובתחתית כדי להעריך את הנחתת האור של המים. כעת, הכינו את הקורר.

עבור מחקרי מים עמוקים, השתמש בליבה בקוטר פנימי של 6.35 סנטימטרים, ועבור משקעים עם מיקרו-אצות בנתיים או אוכלוסיות חיות גדולות, השתמש בליבה בקוטר פנימי של 10 סנטימטרים. כעת, פרשו את הקורר על דופן הסירה והורידו אותו לאט כדי למזער הפרעות בחדירת המשקעים. לאחר החזרת קורר הקופסה, הכנס צינורות ליבה לקופסה.

הכנס פקק בוטיל לחלק העליון של כל צינור ליבה, ולאחר מכן חבר צלחת אקרילית עם טבעת O לכל תחתית. עבור קורר מוט, הנח את הצלחת התחתונה האקרילית בתוחם הליבה לפני הוצאת הליבה מהקורר. לאחר הליבה, בדוק את ליבת השטף ואת תיבת הליבה לאיתור הפרעות גלויות או השעיה מוגזמת.

עבור ניסויי שטף, האיזון האידיאלי של משקעים-מים בתוך הליבה הוא 15 סנטימטרים מכל אחד, אך במשקעים גסים או דחוסים מאוד, איסוף פחות משקעים מקובל. עם זאת, אם שיעורי דלדול החמצן מוגזמים, הטו את האיזון לכיוון יותר מים. אחסן את הליבות במקרר מים מבודד המוצף במי הסביבה מהאתר כדי לשמור על טמפרטורות באתרן.

ודא שהצידנית נשארת זקופה. לאחר מכן, אספו מים תחתונים ממיקומי הליבה לקרבויים של 20 ליטר באמצעות משאבת דיאפרגמה. בדרך כלל, מלאו שניים או שלושה קרבוי, ואספו ממספר אתרים אם כימיית המים צפויה להשתנות בין האתרים.

אם משאבה אינה זמינה במים רדודים ולא מרובדים, ניתן למלא קרבוי באופן ידני. כעת, העבירו במהירות את הליבות האירוביות למתקן הדגירה לפני שהן הופכות לחסרות חמצן. לאחר הגעתם למתקן, בדקו את הליבות והשליכו את כל מה שהופרע במהלך ההובלה.

לאחר מכן הניחו את הליבות, כולל עמוד המים ריק, בחממת אמבטיה, והגדירו את הטמפרטורה לטמפרטורת המים התחתונה הנמדדת. מלאו את החממה במי התחתית שנאספו, ושקעו לחלוטין את ליבות המשקעים. ליבה ריקה, ליבה ללא משקעים, מלאה גם במי קרקעית.

כמו כן, הוסיפו מים תחתונים לקרבויים של חמישה ליטר עם שקעים שישמשו לחלוקת מים חלופיים. לצורך אוורור, השתמש במבע T קטן העשוי מצינור PVC בגודל 1/2 אינץ 'ומצמד תלת כיווני. מכסים את הצינור בגודל 1/8 אינץ' בצינור PVC, ומנקזים את המים ומספקים זרימה ואוורור.

כעת, תנו לליבות להתייצב לפחות שעתיים עד לילה בחושך לפני הדגימה. לאחר שהליבות התייצבו, חבר צמרות מסתובבות לליבות. כששסתום הדגימה פתוח, טאטא בעדינות את כל בועות האוויר מתחת לחלק העליון המסתובב ואטום את הליבה ממי המיכל.

לאחר מכן, הרם קרבוי מים חלופי 30 עד 40 סנטימטרים מעל ליבות הדגירה, ואז התחל קווי ניקוז מהקרבוי, וברגע שהם זורמים, חבר את הקווים לראשי הליבה. ואז סגור את השסתומים. כעת, הפעל את הפטיפון המערבב המרכזי והתאם את מהירות הסיבוב כדי לערבב את עמוד המים מבלי להשעות מחדש את המשקעים.

40 סיבובים לדקה בדרך כלל עובדים. לאחר כחמש דקות, פתח את שסתום המים החלופי ואת שסתום הדגימה. לאחר מכן, חבר חתיכת צינור קצרה לשסתום הדגימה באמצעות מנעול פיתוי.

הכנס את צינור הדגימה הזה לתוך צינור דגימת זכוכית של שבעה מיליליטר והציף אותו במים. לאחר מכן הוסף 10 מיקרוליטר של כלוריד כספי לדגימה ומכסה את הצינור. לדגימת מומסים, חבר חבית מזרק של 20 מיליליטר לשסתום הדגימה ופתח את שסתום המים החלופי.

לאחר מכן חבר בוכנה ודיסק פילטר למזרק הטעון, וסנן את הדגימה לבקבוקוני איסוף. מהלך הזמן של הדגימה בחושך כולל בדרך כלל ארבע תקופות דגימה במרווחים של חצי שעה עד שעתיים או יותר, תלוי בקצב ספיגת החמצן. באמצעות אופטודות מכוילות, עקוב אחר רמות החמצן במים שנדגמו.

באופן כללי, דלדול של 25% מהחמצן מאפשר מדידה של שינויים בריכוז הנוטריינטים. דגימה ארוכה יותר אפשרית, אך אין לדגום לאחר דלדול חמצן של 50%. אם המשקעים הם מסביבות רדודות ומוארות, לאחר הדגימה הרביעית, הדליקו את האורות וקחו שלוש דגימות נוספות.

אחסן את הדגימות שנאספו מתחת למים בטמפרטורת הדגירה. לאחר לקיחת דגימות, מדוד את נפח המים הנותר בליבה לפי גובה עמוד המים, או על ידי ניקוז כל המים לגליל מדורג. מדידות שטף המשקעים נלקחו ליד מתקן חקלאות ימית על נהר צ'ופטנק.

ירידת החמצן המהירה נחלשה במידת מה על ידי תאורה, אך קצב הפוטוסינתזה לא היה גבוה כמו הנשימה. רמות החמצן בליבת הבקרה השתנו רק במעט. ריכוזי החנקן נקבעו באמצעות יחס של חנקן לארגון בדיוק של 0.02% או כ-100 ננומול לליטר חנקן.

בחושך או באור, ליבות המשקעים גדלו בתכולת החנקן הרבה יותר מהעליות שנצפו במים ריקים. שטפי האמוניום המומס היו גבוהים למדי בשעות החשיכה. עלייה של 20 מיקרומול לליטר נצפתה בליבה אחת.

אפילו תחת תאורה, ריכוזי האמוניום היו הולכים וגדלים. גם בליבות וגם בעמודת המים הריקה הייתה ירידה בריכוז החנקות בתוספת ניטריט לאורך זמן, עם שיעורי ירידה נמוכים יותר במהלך ההארה. לאחר שליטה, הליכי הדגירה הללו יכולים להתבצע ביעילות על ידי שני מדענים, בדרך כלל במהלך שש עד שמונה שעות, תלוי בקצב נשימת המשקעים.

כאשר מנסים הליך זה, חשוב לזכור לאסוף ממשק מי משקעים שלם, ולשמור על טמפרטורה קבועה הדומה לזו שנצפתה בשטח. לאחר השלמת הדגירה, ניתן להשתמש בגרעינים אלה לדגימה של תכולת הכלורופיל, גודל הגרגר, כימיה לקויה של המים ותגובתיות ספציפית למסה של המשקעים. לאחר פיתוחו, השימוש ביחסי חנקן לגז ארגון למדידת דניטריפיקציה סיפק גישה חלופית למדידת דניטריפיקציה, ושטפי דיחנקן נטו.

מדענים יישמו טכניקת יחס גז זו למדידת דניטריפיקציה של אדמות ביצות, אגמים, מאגרים, שפכי נהרות ומשקעי חוף רדודים, ומספקים אלטרנטיבה שימושית למתודולוגיית האיזוטופים.