Summary
Se presenta un método de extrusión utilizando una varilla roscada calibrado, lo que permite submuestreo escala mm de núcleos de sedimentos acuáticos. toma de muestras a escala milimétrica es necesaria para caracterizar completamente la estratigrafía reciente evento en los registros de sedimentos.
Abstract
Acuático submuestreo núcleo de sedimento se realiza con frecuencia con una resolución cm o medio cm. Dependiendo de la velocidad de sedimentación y el ambiente de depósito, esta resolución proporciona registros en el anual a decenales escala, en el mejor. Un método de extrusión, utilizando una barra de acoplamiento roscado calibrado se presenta aquí, lo que permite submuestreo a escala milimétrica de núcleos de sedimentos acuáticos de diámetros variables. Milímetro submuestreo escala permite la sub-anual al análisis mensual del registro sedimentario, un orden de magnitud mayor que los sistemas de muestreo típicos. La extrusora consiste en un marco 2 m de aluminio y la base, dos abrazaderas de tubo de núcleo, un vástago roscado, y un pistón 1 m. El núcleo de sedimento se coloca por encima del pistón y se sujeta al marco. Un collar de acrílico de muestreo se fija a los 5 cm superiores del tubo central y proporciona una plataforma desde la que extraer submuestras. El pistón se hace girar alrededor de la varilla roscada a intervalos calibrados y empuja suavemente el sedimento de lap del tubo central. El sedimento se aísla en el cuello de muestreo y se coloca en un recipiente de muestreo apropiado (por ejemplo, frasco o bolsa). Este método también preserva las muestras individuales (es decir, el contenido de agua de alta de poros) en la superficie, proporcionando un volumen de muestreo consistente. Este método de extrusión escala mm se aplicó a núcleos recogidos en el norte del Golfo de México tras la publicación de petróleo submarino en aguas profundas Horizonte. La evidencia sugiere que es necesario tomar muestras en la escala mm para caracterizar completamente los eventos que ocurren en la escala de tiempo mensual para los sedimentos del talud continental.
Introduction
Las muestras de núcleos de sedimentos lacustres de, estuarios y ambientes marinos (plataforma y talud continental) han proporcionado los registros de salinidad, temperatura, contaminantes orgánicos e inorgánicos y muchos otros parámetros ambientales en decenal para milenarias escalas de tiempo 1-3,6,8,13 , 17. En la mayoría de los casos, las prácticas estándar son de sección de estos núcleos a medio centímetro o centímetro intervalos de 5,15. Esta resolución es apropiado para varios años, decenales o resolución mayor escala en la mayoría de los casos. La necesidad de aumentar la resolución de extrusión Recientemente se ha demostrado en algunos informes que detectan la variabilidad de los biomarcadores sedimentarias / servidores proxy en una escala fina a lo largo del perfil vertical del núcleo de sedimento 11,16. En el caso de la reciente sedimentación que se produce en escalas de tiempo de meses a un año, entonces es necesario el uso de métodos de resolución de submuestreo más finas (por ejemplo, escala mm). Esto es a menudo un reto con sedimentos acuáticos debido a tque no consolidada naturaleza de los sedimentos superficiales.
Se presenta un método de extrusión núcleo de sedimento que proporciona sedimentos submuestras escala mm. A continuación, aplicamos este método de extrusión de los sedimentos de la parte norte del Golfo de México a partir del evento Deepwater Horizon (DWH). Esta aplicación demuestra la eficacia de submuestreo a escala milimétrica en la caracterización de la estratigrafía caso sub-anual relacionada con los sistemas de deposición antropogénicamente influido.
resolución de la balanza mensual o anual de sub-registros sedimentarios es particularmente ventajoso cuando se caracteriza la estratigrafía evento a corto plazo. Las evaluaciones ambientales mediante resolución sub-anual son capaces de caracterizar completamente los eventos de sedimentación inducida por factores antropogénicos.
Los sedimentos en el norte del Golfo de México que fueron afectadas por el evento de petróleo en aguas profundas Horizonte proporcionan un ejemplo de la estratigrafía evento totalmente caracterizada utilizando milímetro (sub-anual) smuestreo resolución cale. Tras el evento Deepwater Horizon (DWH) en 2010, los sedimentos del talud continental del noreste del Golfo de México (ngom) entraron en contacto con hidrocarburos a través de un orden de magnitud aumento en la deposición de hidrocarburo floculante 4,9,10,12,14,18. El aumento de la sedimentación fue causado por un evento marina Aceite de nieve sedimentación y acumulación Floculante (MOSSFA) 4,9,10,12,14,18. Esto dio lugar a aproximadamente 6-10 mm de acumulación de sedimentos en un periodo de 6-12 meses desde mediados de 2010 hasta principios de 2011 4. Era necesario submuestra estos núcleos de sedimentos a escala milimétrica para caracterizar completamente las entradas, las tasas de sedimentación y los procesos posdeposicionales.
Protocol
1. Recoger los sedimentos Núcleos
- Recoger núcleo de sedimentos acuáticos utilizando multi-núcleo, el núcleo de la caja, el núcleo de pistón, etc. 4,7,12,14. Asegúrese de que la sección del núcleo es de 1 m o menos.
- Inserte policarbonato o disco acrílico en la parte inferior del núcleo. Asegúrese de que el disco es consistente con el diámetro interior del tubo de núcleo. Inserte una junta de goma en el diámetro más exterior del disco para retener la totalidad del núcleo de sedimentos.
- En la recuperación del núcleo, la extrusión de inmediato o envase para el transporte y almacenamiento (consulte los pasos 1.4 a la 1.6 para el almacenamiento y el transporte).
- Inserte una espuma o disco acrílico en la superficie del tubo central y presione suavemente hacia abajo hasta que la espuma o el acrílico es justo por encima de la interfaz sedimento para mantener la integridad de la interfaz sedimento-agua durante el transporte y almacenamiento.
- Coloque la tapa en la parte superior del tubo central y sellar con cinta aislante. Coloque la tapa en la parte inferior del tubo central y selle con electrical cinta. Etiqueta de la tapa superior con proyecto necesario y identificadores de muestra.
- núcleos almacenar a temperatura deseada en base a análisis deseado.
NOTA: Por ejemplo, los núcleos utilizados para el análisis químico orgánico o análisis biológicos se pueden congelar (-20 ° C), mientras que los núcleos de radioisótopos de corta vida se pueden almacenar a temperatura ambiente (~ 20 a 25 ° C).
2. Preparar buques submuestra y Herramientas
- Etiqueta vasos sub-muestreo (por ejemplo, jarras, bolsas o vasos de precipitados) con el nombre del proyecto, sitio central y el incremento (por ejemplo, PROYECTO NAME_CORE SITE_0 - 2 mm), junto con cualquier otra información de identificación pertinente (por ejemplo, fecha, tipo de núcleo).
- Ensamblar y esterilizar (metanol) implementos de corte necesarias (por ejemplo, paletas acrílicas, espátulas, etc.) y equipo de protección personal (por ejemplo, guantes, batas de laboratorio, etc.).
Nota: Estos implementos y sus procedimientos de esterilización dependerán del tipodel análisis por hacer en cada submuestra. Por ejemplo, el uso de implementos de metal y acrílico (a diferencia de plástico) es esencial para el análisis químico orgánico, mientras que los implementos de acrílico y plástico (a diferencia de metal) debe ser utilizado para el análisis de elementos traza inorgánico.
3. Preparar sedimentos Core para la extrusión
- Si el núcleo se ha almacenado o conservado, retire la tapa inferior en primer lugar. Para ello corte la tapa inferior con una cuchilla de afeitar y permitir la tapa superior para mantener un vacío, que mantiene el sedimento en el tubo mientras se transfiere a la extrusora (el disco de extrusión ya debe estar insertado en la parte inferior de los núcleos conservados ) (Figura 1).
- Cuando la extrusión inmediatamente después de la recolección, inserte el disco de extrusión en la parte inferior del núcleo. A continuación, ajuste suavemente el tubo central en el pistón y fijar el núcleo de la extrusora con las abrazaderas.
- Asegúrese de que hay al menos 5 cm de abov tubo central restantee la abrazadera superior para el collar de muestreo.
- Retire la tapa superior.
- Coloque el collar de muestreo en la parte superior del tubo de núcleo. Asegúrese de que el collar está sentado a ras con la extensión más superior del tubo de núcleo para evitar cualquier pérdida de muestra.
- Muestra (o descartar si no es necesario) el agua por encima de los sedimentos en este punto usando una jeringa o un sifón.
- Después de extraer el agua, empiece a girar el pistón para alinear la superficie más sedimento con la superficie del collar de muestreo.
4. extrusión
- Gire el pistón a la resolución de muestreo deseada (típicamente 1-2 mm, 1 vuelta completa = 2 mm submuestra) (Figura 1).
Figura 1:. Las fotografías de Extrusora Las fotografías de la extrusora que definen el pistón (1), de acoplamiento (2), roscado-varilla (3), la base de la extrusora (4), las abrazaderas (5), tubo central (6), sampling collar (7), y la banda de goma (8). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Utilice la placa de acrílico (corte al diámetro interior del collar de muestreo) para hacer el corte inicial de la muestra. Posteriormente mover la sub-muestra hacia el borde del cuello de muestreo lentamente mientras se coloca el recipiente de muestreo apropiado debajo de la boca del cuello de muestreo.
- Comience a empujar la muestra en el recipiente de muestreo. Después de que la mayoría de la muestra se encuentra en el recipiente, utilizar los instrumentos más pequeños (por ejemplo, una espátula) para mover cualquier muestra restante en el collar de muestreo al recipiente de muestreo.
- Utilice la menor aplicar para limpiar la cantidad restante de la muestra de la placa de acrílico y cualquier otra superficie de toma de muestras en el recipiente de muestreo.
- Una vez que la muestra se transfiere completamente desde el collar de muestreo al recipiente, limpiar el muestreo tools con agua desionizada, toallitas de laboratorio y / u otro fluido de esterilización (por ejemplo, metanol). Limpiar el cuello de muestreo en consecuencia con toallitas de laboratorio, agua desionizada y otra solución esterilizante.
- Sellar el recipiente de la muestra y preparar el siguiente recipiente de muestras para la extrusión. Repita los pasos 4.1 a 4.5 para cada submuestra.
5. Restauración de la extrusora
- Restablecer la extrusora manual. Utilice una banda de perforación y el caucho para acelerar el proceso de restablecer el pistón a la parte inferior de la varilla roscada.
- Coloque la cinta de goma alrededor del pistón cerca de la base para la mayoría de la estabilidad.
- Estirar la banda elástica alrededor de la cabeza del taladro y establecer la dirección de la broca para girar el pistón hacia abajo.
- Girar el pistón usando una velocidad baja en la perforación hasta que alcanza la altura deseada por encima de la base de la extrusora.
Nota: Esta altura se basa en la longitud del núcleo a extruir y deseada HEIG muestreoht.
Representative Results
Núcleos de sitio DSH08 se recogieron en diciembre de 2010 (29 ° 7.25 'N, 87 ° 51.93' W, 1.143 m de profundidad) usando un océano Instrumentos MC-800 Multicorer. Estos núcleos se extruyeron a 2 mm para las superficiales 15 cm (o más), utilizando el protocolo anterior. El intervalos del núcleo pre-DWH (antes de 2010) y post-DWH (2010) se determinaron utilizando un radioisótopo de corta duración emparejado (234 Th y 210 Pb) geocronología 4. Se llevaron a cabo varios otros análisis para limitar las entradas sedimentarias, los índices de depósito y procesos posdeposicionales en este sitio después del evento de Deepwater Horizon. Además del análisis de radioisótopos de corta duración, la concentración alifáticos totales 12, los metales sensibles redox (manganeso, renio) 7, y la densidad de foraminíferos bentónicos total de 14 fueron cuantificados. Una comparación de cada uno de estos parámetros en la escala escala mm y cm se realizó (Tablas2 y 3, Figura 2). datos de escala de centímetros se compone de integrado, significa datos de la escala mm.
| Top Profundidad (mm) | Exceso Pb-210 (dpm / g) | Exceso Th-234 (dpm / g) | Th-234 y Pb-210 modelo Edad fusionado (año) | Total foraminiferal Densidad (indiv./cm 3) | [Re] (ng / g) | [Minnesota] (mg / g) | total Alifáticos (ng / g) |
| 0 | 71.81 | 6.19 | 2010.9 | 1 | 336922.6 | ||
| 2 | 71.81 | 5.14 | 2010.9 | 3 | 0.69 | 10.2 | 53701.4 |
| 4 | 69.91 | 2.72 | 2010.8 | 2 | 0.53 | 15.9 | 77081.2 |
| 6 | 70.32 | 1.57 | 2010.8 | 6 | 0.57 | 12.1 | 48057.4 |
| 8 | 69.67 | 1.15 | 2010.7 | 10 | 0.61 | 11.3 | 42888.0 |
| 10 | 61.39 | 0.29 | 2009.6 | 10 | 0,73 | 8.30 | 50786.4 |
| 12 | 56.50 | 0.64 | 2008.5 | 12 | 0.75 | 7.1 | 51582.9 |
| 14 | 63.31 | 0.00 | 2007.5 | 11 | 52126.8 | dieciséis | 51.55 | 0.00 | 2006.5 | 11 | 0,79 | 6.9 | 59046.6 |
| 18 | 51.69 | 0.00 | 2005.6 | 10 | 0,77 | 7.1 | 48384.8 |
| 26 | 44.26 | 2000.7 | 9 | 31774.7 | |||
| 32 | 38.25 | 1997.2 | 9 | 0.83 | 8.3 | 37128.4 | |
| 34 | 41.57 | 1996.0 | 12 | 25849.4 | |||
| 38 | 39.11 | 1993.1 | 29901.6 | ||||
| 42 | 35.18 | 1990.1 | 10 | 0.89 | 8.0 | 25730.4 | |
| 46 | 38.80 | 1987.0 | 12 | 23159.6 | |||
| 48 | 32.58 | 1985.3 | 21387.0 | ||||
| 50 | 26.71 | 1983.3 | 9 | 0.94 | 5.3 | 15331.0 | |
| 70 | 17.32 | 1965.8 | 11 | 1.33 | 2.2 | ||
| 90 | 10.32 | 1945.9 | 2.04 | 1.3 | |||
| 110 | 5.36 | 1923.3 | 2.12 | 1.2 | |||
| 130 | 2.21 | 1899.1 | |||||
| 140 | 1.71 | 1888.5 |
Tabla 1: escala milimétrica Resolución de los datos del núcleo del sitio DSH08 actividades de corta vida de radioisótopos, geocronología, la densidad bentónica foraminíferos, concentraciones redox de metal sensible a la fase sólida (Mn, Re), y los registros de concentración alifáticos totales para DSH08 sitio central recogidos en diciembre. 2010, subsampled en incrementos de dos milímetros 4,7,12,14.
| Top Profundidad (mm) | Exceso Pb-210 (dpm / g) | Exceso Th-234 (dpm / g) | Th-234 y Pb-210 modelo Edad fusionado (año) | Total foraminiferal Densidad (indiv./cm 3) | [Re] (ng / g) | [Minnesota] (mg / g) | total Alifáticos (ng / g) |
| 0 | 70.70 | N / A | 2010 | 4 | 0.60 | 12.4 | 111730.1 |
| 1 | 56.89 | 2006.2 | 11 | 0.76 | 7.3 | 52385.5 | |
| 2 | 44.26 | 2000.5 | 9 | 0.00 | 31774.7 | ||
| 3 | 39.65 | 1995.5 | 12 | 0.83 | 8.3 | 30959.8 | |
| 4 | 35.52 | 1989.7 | 11 | 0.89 | 8.0 | 22273.3 | |
| 5 | 26.71 | 1981.9 | 9 | 0.94 | 5.3 | 15331.0 | |
| 6 | |||||||
| 7 | 17.32 | 1967.1 | 11 | 1.33 | 2.2 | ||
| 8 | |||||||
| 9 | 10.32 | 1945.2 | 2.04 | 1.3 | |||
| 10 | |||||||
| 11 | 5.36 | 1917.6 | 2.12 | 1.2 | |||
| 12 | <td> | ||||||
| 13 | 2.21 | ||||||
| 14 | 1.71 |
Tabla 2: Centímetro -s cale Resolución de los datos del núcleo del sitio DSH08 actividades de radioisótopos de vida corta, geocronología, la densidad bentónica foraminíferos, las concentraciones de metales redox sensible a la fase sólida (Mn, Re), y los registros de concentración alifáticos totales para DSH08 sitio central recogidos en. diciembre de 2010, integrado en incrementos de un centímetro 4,7,12,14.
Figura 2: Representación gráfica de Millimeter y centímetro escala Resolución de los datos. Activ radioisótopos de vida cortadades, modelo edad, densidad de foraminíferos bentónicos, concentraciones redox de metal sensible a la fase sólida (Mn, Re), y los registros de concentración alifáticos totales para DSH08 sitio central recogido en diciembre de 2010, submuestreados en incrementos de dos milímetros (diamantes azules) y los incrementos de un centímetro (cuadrados rojos) 4,7,11,13. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Submuestreo a escala milimétrica (y las condiciones sedimentarias, véase 4) permitido para Th 234 para ser utilizado como un cronómetro en la escala sub-anual (n = 7). En la escala cm, estos datos no sería viable para producir un geochronology porque el centímetro superficie se reduciría a una medición (n = 1). concentraciones alifáticos totales aumentaron de 36,322.3 ng / g ps (pre-DWH) a 336,922.6 ng / g ps (post-DWH) de acuerdo con los registros escala mm, mientras que THe incremento post-DWH función de la media integrada centímetro escala fue 111,730.1 ng / g ps. Total densidad foraminiferal bentónica disminuyó de pre-DWH (media = 11 indiv./cm 3) a la post-DWH (media = 1 indiv./cm 3) en la escala de mm (n = 17) y de pre-DWH (media = 10 indiv./cm 3) a la post-DWH (media = 4 indiv./cm 3) en la escala cm (n = 7). El aumento sutil en renio en el superficial 2 mm, lo que es indicativo de las condiciones reductoras, sería también no ser resuelta a una resolución de centímetro.
Discussion
El extrusor puede ser modificado para acomodar múltiples diámetros de tubo de núcleo. Si se cambia el diámetro del núcleo, a continuación, el pistón, Disco, y diámetros de sujeción se deben ajustar en consecuencia. Esta modificación permite amplias aplicaciones en lacustre y recogida de sedimentos marinos. Los núcleos de sedimentos también pueden ser extruidos en el campo o en el laboratorio. Una modificación común para facilitar el envío de este sistema de extrusión es construirlo en dos secciones; una sección inferior (base y el pistón) puede estar acoplado a la sección superior (abrazaderas).
Hay algunas limitaciones a este método de extrusión. La primera de ellas es que cada núcleo, o sección de núcleo, deben ser cortados a la longitud de un metro o menos. Como con cualquier procedimiento de extrusión, también hay inevitablemente algunos de compactación. Sin embargo, la compactación causada por este método es mínima. La reproducibilidad de varios registros extruidos de esta manera se encuentra dentro de 2 a 4 mm. Esta reproducibilidad se estima en comparaciones entre diferentes(registros de metales traza, geoquímica orgánica, fósiles, de sedimentología) recogidos en el mismo despliegue de un sistema multi-núcleo de ocho núcleos. Este método de extrusión también es el más adecuado para los sedimentos que son principalmente (> 50%) partículas de tamaño limo y arcilla. Sedimento predominantemente (> 50%) que consiste en partículas de tamaño de arena tiende a unirse, causando compactación adicional, debido a un coeficiente de fricción más alto. La limitación final asociado con este método es la cantidad de sedimento disponible de cada incremento en la resolución a escala milimétrica. Este método proporciona aproximadamente 15 a 20 g de masa húmeda y 3-10 g de masa seca a una resolución de 2 mm, que puede ser restrictivo para algunos protocolos analíticos.
Los registros sedimentarios del evento Deepwater Horizon en el norte del Golfo de México demuestran la eficacia de submuestreo a escala milimétrica. En primer lugar, 234 Th citas no habría sido posible sin submuestreo a escala milimétrica. Esta datación método sólo se puede aplicar en ciertas circunstancias, que se discuten más 4. El pulso de material floculante aceitada después del evento Deepwater Horizon satisfecho estas condiciones, el depósito de hasta 8 mm de material en ciertos sitios en el norte del Golfo de México dentro de 6-12 meses. Sin muestreo escala mm, la geocronología de este evento no habría sido resuelto en la escala sub-anual (Cuadros 2 y 3). Además de los 234 registros Th, metales redox-sensibles traza, la densidad de foraminíferos bentónicos, y los registros de geoquímica orgánica de este evento se han limitado a un solo punto de datos en el centímetro de superficie (Tabla 3). En su lugar, el uso de sub muestreo a escala milimétrica proporcionó un (5-10 punto de datos) Registro completo y robusto del evento MOSSFA. En concreto, un aumento de 4 veces (n = 18) por encima de los valores pre-Deepwater Horizon en compuestos alifáticos totales utilizando submuestreo escala mm se habrían reducido a un 2 vecesaumentar, mediante submuestreo escala cm (n = 6). En consecuencia, una disminución de la densidad foraminiferal bentónica de 90% usando mm submuestreo escala se habría reducido a una disminución de 60% utilizando cm submuestreo escala. Sin este muestreo de alta resolución, no se resolverían los picos dobles discretas de óxido de Mn, así como los cambios en las concentraciones de Re sedimentarias asociados con los cambios redox no en estado de equilibrio. En general, este sistema de extrusión proporciona la capacidad de submuestrear núcleos de sedimentos en la escala mm, conservando todo el volumen de la muestra y puede ser modificado para amplias aplicaciones en el muestreo de sedimentos acuático. Las futuras aplicaciones de este método pueden incluir la evaluación de los últimos derrames de petróleo, debido a la estratigrafía evento escala mm asociado con escapes de petróleo del subsuelo. Otras aplicaciones pueden incluir registros lacustres de la variabilidad del clima a escala mm. Milímetro escala sub-muestreo se ha demostrado su eficacia en la caracterización de la estratigrafía evento en el contexto de influidos por factores antropogénicossistemas.
Acknowledgments
Esta investigación fue posible en parte por una subvención de BP / El Golfo de México Research Initiative, C-IMAGEN, Deep-C y en parte por el Instituto Británico de Petróleo / Florida de Oceanografía (BP / FIO) derrame de petróleo Prevención -Gulf, respuesta y recuperación del Programa de Subvenciones. Los autores agradecen a Nico ZENZOLA por su aporte en el desarrollo de este procedimiento. Los autores también agradecen a la tripulación de la V Weatherbird II R / por su ayuda durante el programa de campo.
Los datos se pueden consultar en la página web GRIIDC: https://data.gulfresearchinitiative.org/ (datos / R1.x135.119: 0004 /), (datos / Y1.x031.000: 0003 /), (datos / Y1. x031.000: 0006 /), (R1.x135.120: 0004).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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