A Bolsa Benthic de O ₂, N ₂ e nutrientes dissolvidos Usando pequeno núcleo incubações

O objetivo geral deste experimento biogeoquímico de sedimentos é fazer medições realistas de solutos e trocas gasosas entre a superfície do sedimento e a água sobrejacente, com o objetivo de refinar os balanços de massa aquática e informar os esforços de modelagem biogeoquímica. Este método pode ajudar a responder a questões-chave na biogeoquímica aquática, como a importância de nossos sedimentos como sumidouros e fontes de nutrientes e oxigênio. É otimizado para a medição da desnitrificação aquática, um importante sumidouro no ciclo do nitrogênio aquático.

A principal vantagem desta técnica é que ela é altamente eficiente e nos permite ter uma cobertura espacial e temporal considerável dos processos biogeoquímicos do sedimento. Comece anotando a localização do local de amostragem por GPS. Em seguida, determine o oxigênio, a temperatura e a salinidade da água inferior usando uma sonda de qualidade da água YSI.

Abaixe-o até cerca de um metro acima do sedimento e faça uma leitura. Em seguida, faça leituras com um medidor PAR e uma estrutura de rebaixamento na superfície e na parte inferior para estimar a atenuação da luz da água. Agora, prepare o descaroçador.

Para estudos em águas profundas, use um núcleo de diâmetro interno de 6,35 centímetros e, para sedimentos com microalgas bentônicas ou grandes populações de animais, use um núcleo de diâmetro interno de 10 centímetros. Agora, implante o descaroçador na lateral do barco e abaixe-o lentamente para minimizar os distúrbios ao penetrar no sedimento. Depois de recuperar o descaroçador da caixa, insira os tubos centrais na caixa.

Insira uma rolha de butila na parte superior de cada tubo central e, em seguida, prenda uma placa de acrílico com um anel de vedação em cada fundo. Para um descaroçador de poste, coloque a placa inferior de acrílico no revestimento do núcleo antes de remover o núcleo do descaroçador. Após a retirada do núcleo, examine o núcleo de fluxo e a caixa do núcleo quanto a distúrbios visíveis ou ressuspensão excessiva.

Para experimentos de fluxo, o equilíbrio sedimento-água ideal dentro do núcleo é de 15 centímetros de cada, mas em sedimentos grossos ou altamente compactados, coletar menos sedimentos é aceitável. No entanto, se as taxas de esgotamento de oxigênio forem excessivas, mude o equilíbrio para mais água. Armazene os núcleos em um refrigerador de água isolado inundado com água ambiente do local para manter as temperaturas in situ.

Certifique-se de que o refrigerador permaneça na vertical. Em seguida, colete a água do fundo dos locais de retirada do núcleo em garrafões de 20 litros usando uma bomba de diafragma. Geralmente, encha dois ou três garrafões e colete em vários locais se houver previsão de que a química da água mude entre os locais.

Se uma bomba não estiver disponível em águas rasas e não estratificadas, um garrafão pode ser abastecido manualmente. Agora, transporte rapidamente os núcleos aeróbicos para a instalação de incubação antes que eles se tornem anóxicos. Uma vez na instalação, inspecione os núcleos e descarte os que foram perturbados durante o transporte.

Em seguida, coloque os núcleos, incluindo a coluna de água em branco, em uma incubadora de banho e ajuste a temperatura para a temperatura medida da água do fundo. Encha a incubadora com a água de fundo coletada, submergindo completamente os núcleos de sedimentos. Um núcleo em branco, um núcleo sem nenhum sedimento, também é preenchido com água de fundo.

Além disso, adicione água de fundo a garrafões de cinco litros com torneiras que serão usadas para dispensar a água de reposição. Para aeração, use um pequeno borbulhador em T feito de tubo de PVC de 1/2 polegada e um acoplador de três vias. Cubra o tubo de 1/8 de polegada com um tubo de PVC, drenando a água e proporcionando circulação e aeração.

Agora, deixe os núcleos se equilibrarem por pelo menos duas horas durante a noite no escuro antes da amostragem. Depois que os núcleos estiverem equilibrados, prenda piões aos núcleos. Com a válvula de amostragem aberta, varra suavemente todas as bolhas de ar sob o pião e sele o núcleo da água do tanque.

Em seguida, eleve um garrafão de água de substituição 30 a 40 centímetros acima dos núcleos de incubação, inicie as linhas de drenagem do garrafão e, quando estiverem fluindo, prenda as linhas aos topos dos núcleos. Em seguida, feche as válvulas. Agora, ligue a plataforma giratória central e ajuste a velocidade de rotação para misturar a coluna de água sem ressuspender o sedimento.

40 rotações por minuto geralmente funcionam. Após cerca de cinco minutos, abra a válvula de água de substituição e a válvula de amostra. Em seguida, conecte um pequeno pedaço de tubo à válvula de amostra usando uma trava de isca.

Coloque este tubo de amostragem em um tubo de amostra de vidro de sete mililitros e transborde-o com água. Em seguida, adicione 10 microlitros de cloreto de mercúrio à amostra e tampe o tubo. Para a amostragem de solutos, conecte um cilindro de seringa de 20 mililitros à válvula de amostra e abra a válvula de água de substituição.

Em seguida, coloque um êmbolo e um disco de filtro na seringa carregada e filtre a amostra em frascos de coleta. O curso de tempo da amostragem no escuro normalmente envolve quatro períodos de amostragem em intervalos de meia hora a duas horas ou mais, dependendo da taxa de absorção de oxigênio. Usando optódios calibrados, acompanhe os níveis de oxigênio na água amostrada.

Em geral, a depleção de 25% do oxigênio permite a medição das mudanças na concentração de nutrientes. É possível uma amostragem mais longa, mas não faça a amostragem após a depleção de 50% de oxigênio. Se os sedimentos forem de ambientes rasos e iluminados, após a quarta amostra, acenda as luzes e colete mais três amostras.

Armazene as amostras coletadas debaixo d'água na temperatura de incubação. Depois de coletar amostras, meça o volume restante de água no núcleo pela altura da coluna de água ou drenando toda a água para um cilindro graduado. As medições do fluxo de sedimentos foram feitas perto de uma instalação de aquicultura no rio Choptank.

A rápida queda de oxigênio foi atenuada um pouco pela iluminação, mas a taxa de fotossíntese não foi tão alta quanto a respiração. Os níveis de oxigênio do núcleo de controle mudaram apenas ligeiramente. As concentrações de nitrogênio foram determinadas usando proporções de nitrogênio para argônio com precisão de 0,02% ou cerca de 100 nanomoles por litro de nitrogênio.

Na escuridão ou na luz, os núcleos de sedimentos aumentaram o teor de nitrogênio muito mais do que os aumentos observados no branco de água. Os fluxos de amônio dissolvido eram bastante altos durante a escuridão. Um aumento de 20 micromoles por litro foi observado em um núcleo.

Mesmo sob iluminação, os núcleos tinham concentrações crescentes de amônio. Tanto os testemunhos quanto o branco da coluna d'água apresentaram diminuição da concentração de nitrato e nitrito ao longo do tempo, com menores taxas de diminuição durante a iluminação. Uma vez dominados, esses procedimentos de incubação podem ser realizados de forma eficiente por dois cientistas, normalmente ao longo de seis a oito horas, dependendo das taxas de respiração dos sedimentos.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de coletar uma interface sedimento-água intacta e manter uma temperatura constante semelhante à observada no campo. Após a conclusão da incubação, esses núcleos podem ser usados para amostragem do teor de clorofila, tamanho do grão, química deficiente da água e reatividade específica da massa do sedimento. Após seu desenvolvimento, o uso de proporções de nitrogênio para gás argônio para medir a desnitrificação forneceu uma abordagem alternativa para a medição da desnitrificação e dos fluxos líquidos de dinitrogênio.

Os cientistas aplicaram essa técnica de proporção de gás para medir a desnitrificação de pântanos, lagos, reservatórios, estuários e sedimentos costeiros rasos, fornecendo uma alternativa útil à metodologia de isótopos.