La Borsa bentonici di O ₂, N ₂ e nutrienti disciolti Utilizzo piccolo nucleo Incubazioni

L'obiettivo generale di questo esperimento biogeochimico sui sedimenti è quello di effettuare misurazioni realistiche dello scambio di soluti e gas tra la superficie del sedimento e l'acqua sovrastante, con lo scopo di perfezionare i bilanci di massa acquatici e informare gli sforzi di modellazione biogeochimica. Questo metodo potrebbe aiutare a rispondere a domande chiave nella biogeochimica acquatica, come ad esempio quanto siano importanti i nostri sedimenti come pozzi e fonti di elementi nutritivi e ossigeno. È ottimizzato per la misurazione della denitrificazione acquatica, un importante pozzo nel ciclo dell'azoto acquatico.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che è altamente efficiente e ci permette di avere una notevole copertura spaziale e temporale dei processi biogeochimici dei sedimenti. Inizia annotando la posizione del sito di campionamento tramite GPS. Quindi determinare l'ossigeno, la temperatura e la salinità dell'acqua di fondo utilizzando una sonda di qualità dell'acqua YSI.

Abbassalo a circa un metro sopra il sedimento e fai una lettura. Successivamente, effettuare le letture con un misuratore PAR e un telaio di abbassamento in superficie e sul fondo per stimare l'attenuazione della luce dell'acqua. A questo punto, preparate il torsolo.

Per gli studi in acque profonde, utilizzare una carota di diametro interno di 6,35 centimetri e per sedimenti con microalghe bentoniche o grandi popolazioni animali, utilizzare una carota di diametro interno di 10 centimetri. Ora, dispiega il carotatore sul lato dell'imbarcazione e abbassalo lentamente per ridurre al minimo i disturbi dovuti alla penetrazione nel sedimento. Dopo aver recuperato il carotaggio, inserire i tubi centrali nella scatola.

Inserire un tappo di butile sulla parte superiore di ciascun tubo centrale, quindi fissare una piastra acrilica con un O-ring su ciascun fondo. Per un carotatore ad asta, posizionare la piastra inferiore in acrilico nel rivestimento dell'anima prima di rimuovere l'anima dal torsolo. Dopo il carotaggio, esaminare il nucleo del flusso e la scatola del nucleo per verificare la presenza di disturbi visibili o di un'eccessiva risospensione.

Per gli esperimenti di flusso, l'equilibrio ideale sedimento-acqua all'interno del nucleo è di 15 centimetri di ciascuno, ma in sedimenti grossolani o altamente compattati, la raccolta di meno sedimenti è accettabile. Tuttavia, se i tassi di esaurimento dell'ossigeno sono eccessivi, spostare l'equilibrio verso una maggiore quantità di acqua. Conservare le carote in un refrigeratore d'acqua isolato inondato con acqua ambiente proveniente dal sito per mantenere le temperature in situ.

Assicurarsi che il frigorifero rimanga in posizione verticale. Quindi, raccogliere l'acqua di fondo dalle posizioni di carotaggio in damigiane da 20 litri utilizzando una pompa a membrana. In genere, riempire due o tre damigiane e raccogliere da più siti se si prevede che la chimica dell'acqua cambi da un sito all'altro.

Se una pompa non è disponibile in acque poco profonde e non stratificate, una damigiana può essere riempita manualmente. Ora, trasporta rapidamente i nuclei aerobici alla struttura di incubazione prima che diventino anossici. Una volta presso la struttura, ispezionare le carote ed eliminare quelle che sono state disturbate durante il trasporto.

Quindi posizionare le carote, compresa la colonna d'acqua grezza, in un'incubatrice da bagno e impostare la temperatura sulla temperatura dell'acqua di fondo misurata. Riempire l'incubatrice con l'acqua di fondo raccolta, immergendo completamente le carote di sedimento. Anche un nucleo vuoto, un nucleo senza sedimenti, viene riempito con acqua di fondo.

Inoltre, aggiungi acqua di fondo alle damigiane da cinque litri con rubinetti che verranno utilizzate per erogare acqua di ricambio. Per l'aerazione, utilizzare un piccolo gorgogliatore a T realizzato con un tubo in PVC da 1/2 pollice e un accoppiatore a tre vie. Coprire il tubo da 1/8 di pollice con un tubo in PVC, drenando l'acqua e fornendo circolazione e aerazione.

Ora, lasciare che le carote si equilibrino per almeno due ore o durante la notte al buio prima di campionare. Una volta che i nuclei si sono equilibrati, attaccare le trottole ai nuclei. Con la valvola di campionamento aperta, spazzare via delicatamente eventuali bolle d'aria sotto la trottola e sigillare il nucleo dall'acqua del serbatoio.

Quindi, sollevare una damigiana d'acqua di ricambio da 30 a 40 centimetri sopra i nuclei di incubazione, quindi avviare le linee di drenaggio dalla damigiana e, una volta che scorrono, attaccare le linee alle parti superiori del nucleo. Quindi chiudere le valvole. A questo punto, accendere il piatto rotante centrale e regolare la velocità di rotazione per miscelare la colonna d'acqua senza risospendere il sedimento.

40 giri al minuto di solito funzionano. Dopo circa cinque minuti, aprire la valvola dell'acqua di ricambio e la valvola di campionamento. Quindi, collegare un breve pezzo di tubo alla valvola del campione utilizzando un blocco dell'esca.

Inserire questa provetta di campionamento in una provetta di vetro da sette millilitri e farla traboccare con acqua. Quindi aggiungere 10 microlitri di cloruro di mercurio al campione e tappare la provetta. Per il campionamento del soluto, collegare un cilindro siringa da 20 millilitri alla valvola del campione e aprire la valvola dell'acqua di ricambio.

Quindi collegare uno stantuffo e un disco filtrante alla siringa caricata e filtrare il campione in fiale di raccolta. L'andamento temporale del campionamento al buio prevede in genere quattro periodi di campionamento a intervalli da mezz'ora a due ore o più, a seconda del tasso di assorbimento di ossigeno. Utilizzando optodi calibrati, tenere traccia dei livelli di ossigeno nell'acqua campionata.

In generale, l'esaurimento del 25% dell'ossigeno consente di misurare le variazioni della concentrazione di nutrienti. È possibile un campionamento più lungo, ma non prelevare il campione dopo l'esaurimento dell'ossigeno del 50%. Se i sedimenti provengono da ambienti poco profondi e illuminati, dopo il quarto campione, accendi le luci e preleva altri tre campioni.

Conservare i campioni raccolti sott'acqua alla temperatura di incubazione. Dopo aver prelevato i campioni, misurare il volume d'acqua rimanente nel nucleo in base all'altezza della colonna d'acqua o scaricando tutta l'acqua in un cilindro graduato. Le misurazioni del flusso di sedimenti sono state effettuate vicino a un impianto di acquacoltura sul fiume Choptank.

Il rapido calo di ossigeno è stato in qualche modo attenuato dall'illuminazione, ma il tasso di fotosintesi non è stato così alto come la respirazione. I livelli di ossigeno del nucleo di controllo sono cambiati solo leggermente. Le concentrazioni di azoto sono state determinate utilizzando rapporti tra azoto e argon con una precisione dello 0,02% o circa 100 nanomoli per litro di azoto.

Al buio o alla luce, le carote di sedimento aumentavano di contenuto di azoto molto più degli aumenti osservati nell'acqua bianca. I flussi di ammonio disciolto erano piuttosto elevati durante l'oscurità. In un nucleo è stato osservato un aumento di 20 micromoli per litro.

Anche sotto illuminazione, i nuclei avevano concentrazioni crescenti di ammonio. Sia i nuclei che il grezzo della colonna d'acqua avevano una concentrazione decrescente di nitrati e nitriti nel tempo, con tassi di diminuzione inferiori durante l'illuminazione. Una volta padroneggiate, queste procedure di incubazione possono essere eseguite in modo efficiente da due scienziati, in genere nel corso di sei-otto ore, a seconda della frequenza respiratoria dei sedimenti.

Quando si tenta questa procedura, è importante ricordarsi di raccogliere un'interfaccia sedimento acqua intatta e di mantenere una temperatura costante simile a quella osservata sul campo. Dopo il completamento dell'incubazione, queste carote possono essere utilizzate per il campionamento del contenuto di clorofilla, della dimensione dei grani, della scarsa chimica dell'acqua e della reattività massa-specifica del sedimento. Dopo il suo sviluppo, l'uso dei rapporti tra azoto e argon gassoso per misurare la denitirificazione ha fornito un approccio alternativo per la misurazione della denitrificazione e dei flussi netti di diazoto.

Gli scienziati hanno applicato questa tecnica del rapporto dei gas alla misurazione della denitrificazione di zone umide, laghi, bacini idrici, estuari e sedimenti costieri poco profondi, fornendo un'utile alternativa alla metodologia isotopica.