Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 8 doc

Những phản ứng khử mạnh của các phân tử FeS có thể tồn tạicùng với các oxit sắt theo Davison vμ De Vitre năm 1992 vμ quả thực lμ những oxit Sắt không kết tinh thì có mặt ở trong những nh

sẽ đ‡ợc tính đến trong trạng thái phản ứng ôxi hoá của các kim loại kiềm vμ

137Cs

Tr‡ớc đây ta đã công nhận rằng quá trình hoạt động cơ bản của sinh hoá trong

hồ giống trong đại d‡ơng (Scholkvit 1985; Murray 1987), nh‡ng thực chất không giống trong đại d‡ơng, mô hình đơn giản lμ theo sự tác động vμ phân bố của nguyên tố ít khi thấy trong hồ Điều nμy đ‡ợc cho lμ bởi quá trình động lực

), mức độ biến đổi thμnh phần hoá học n‡ớc hồ, vμ áp suất theo tỷ lệ độ

t‡ơng đ‡ơng nh‡ trong những nghiên cứu của hải d‡ơng

oạt động của

tự nhiên của hồ cao, ở đó nguồn cung cấp quá trình xáo trộn vμ quá trình di chuyển về căn bản có thể khác nhau trong những không gian hiện t‡ợng khác nhau, nh‡ lμ sự biến đổi lớn hơn của việc lọc sạch chất bẩn trong các ph‡ơngdiện (ví dụ, nh‡ những mảnh vụn vô cùng nhỏ bé, thực vật nổi vμ giáng thuỷ tại sinh

sâu Một minh hoạ gần đây về sự thiếu vắng ảo của đới ôxít có hoá trị thấp trong rất nhiều hệ thống hồ, nơi mμ sự chuyển tiếp từ đới ôxít sang đới giáng thuỷ Sunfit lμ rất đột ngột

Trong thực tế quan sát các đặc tính phân bố vμ hoạt động của các nguyên tố trong hồ lμ rất khác nhau, mặc dù những hiện t‡ợng nghi ngờ đã đ‡ợc nói rõ để

có căn cứ vững chắc cho số liệu nguyên tố đánh dấu trong n‡ớc sạch đã đ‡ợccông bố Những nghi ngờ đó xuất phát từ sự phát triển những năm gần đây của

"kỹ thuật lμm sạch"

học, vμ kết quả lμ sự giảm xuống gián tiếp của mật độ nguyên tố đánh dấu (Jonhson cùng cộng sự, 1992a) Hơn nữa việc áp dụng công nghệ kỹ thuật sạch cho hệ thống n‡ớc sạch đã cung cấp bằng chứng trực tiếp của một số báo cáokhông đúng tr‡ớc đây về mật độ nguyên tố đánh dấu (Windom cùng cộng sự, 1991) Một nhân tố khác đóng góp cho bản báo cáo về sự biến đổi h

nguyên tố đánh dấu trong hồ có thể sẽ cung cấp sự đa dạng trong ph‡ơng pháp

ởng của phân bố nhiều loại khácnhau

Trong phần đầu tiên của ch‡ơng bao gồm những mục với vμi đề tμi then chốt: Vấn đề quan tâm của vòng tuần hoμn ôxi hoá khử của các nguyên tố, vai trò

đặc biệt của Fe vμ Mn, dòng khuyếch tán của chiều h‡ớng ôxi hoá khử của cácnguyên tố qua mặt gianh giới giữa trầm tích - n‡ớc D‡ới đây có 2 phần cung cấp những vấn đề nghiên cứu về các nguyên tố đã đ‡ợc lựa chọn, những nguyên tố hoá sinh nổi bật nhất một cách trực tiếp hoặc gián tiếp B (trong các quá trình biến đổi ôxi hoá khử) Sự liên quan trực tiếp có nghĩa lμ chính bản thân các nguyên tố nμy tham gia vμo các phản ứng ôxi hoá khử (ví dụ, As(U),As(III)), còn liên quan gián tiếp có nghĩa lμ sự phân bố của các nguyên tố nμy

có ảnh h‡ởng đến vòng tuần hoμn biến đổi ôxi hoá (ví dụ, Zn) Để có thêm thông tin về diện mạo của những nguyên tố riêng biệt, độc giả tham khảo những cuốn d‡ới đây: Các giai đoạn vận chuyển chính của các nguyên tố đánh dấu (Forntner 1982, Hart 1982, Sigg1985, Tessier 1992); Các quá trình hoá học trên mặt tiếp xúc giữa n‡ớc vμ trầm tích (Santschi cùng cộng sự 1990), vμ việc

sử dụng nguyên tố phóng xạ Nurclit trong việc lý giải vòng tuần hoμn hoá sinh trong hồ (Santschi 1988,1989)

8.2 chu trình sinh địa hoá chính vμ các đ}ờng dẫn

Có nhiều khả năng cơ chế vận động của quá trình ôxi hoá khử của các nguyên

tố trong hồ lμ sự tổng hợp những sinh vật phù du trong n‡ớc bề mặt vμ sự thoái hoá của vật chất hữu cơ do vi khuẩn gây ra trong n‡ớc ở lớp d‡ới bề mặt

vμ trầm tích Sự thoái biến vật chất hữu cơ tiếp tục cùng với chuỗi phản ứng

đọng bởi trầm tích, vμ dòng khuyếch tán trên mặt tiếp xúc trầm tích - n‡ớc

đang đ‡ợc sinh vật đáy khoét thμnh hang

Cũng giống nh‡ hầu hết các nguyên tố chịu tác động của một số mức độ trongvòng tuần hoμn ôxi hoá khử trong hồ Trong nghiên cứu tổng quát sớm nhất của mình, Scholkvitz (1985) đã nhấn mạnh về mối quan hệ giữa phản ứng ôxi

vμ tích l‡u động của nguyên tố, những nguyên tố phát triển trong môi truờng yếm khí (thiếu ôxi) tầng n‡ớc hồ sâu của tầng n‡ớc hữu ích nh‡ một mẫu để minh hoạ cho ảnh h‡ởng của trạng thái ôxi hoá khử Ch‡ơng nμy, với một sự tham gia khác nhau, mang đến cái nhìn tổng quát rất rộng theo vòng tuần hoμn ôxi hoá trong hồ vμ biểu diễn ảnh h‡

ôxi hoá khử trong chất ôxi hoá (bao gồm Mn(IV) vμ Fe(III)) đ‡ợc giả định lμ hết trong quá trình lμm giảm sản l‡ợng năng l‡ợng tự do Trong thực tiễn, ôxi lμ

đối t‡ợng có sẵn để dùng đối với dãy phản ứng vμ nén động lực, bao gồm sự thống trị về mật độ của những vi khuẩn đặc tr‡ng Những phản ứng nμy lμ nguyên nhân điều chỉnh năng l‡ợng quá trình ôxi hoá - khử của môi tr‡ờng bộphận Những nguyên tố có thể bị tác động bởi quá trình nμy trong sự đa dạng của đ‡ờng đi khác nhau Chúng có thể bị hút bám hoặc đồng hoá bởi sinh vậtphù du trong n‡ớc mặt vμ sự phóng thích trở lại trong dung dịch tại độ sâu, có thể trong trạng thái ôxi hoá - khử khác nhau Nh‡ một sự lựa chọn, các nguyên

tố có thể tác động trực tiếp khi chất nhận electron ở giai đoạn cuối trong sự thoái biến vật chất hữu cơ bởi vi khuẩn hoặc trạng thái ôxi hoá - khử của cácnguyên tố có thể bị phản ứng qua chất hoá học trung gian cùng với sự tập trung v‡ợt quá giới hạn của các ôxít vô cơ hoặc những chất khử [ví dụ, O2 hoặcS(-II)] Một phần đáng kể của phản ứng ôxi hoá - khử cho tr‡ớc lμ do chất hoáhọc trung gian đ‡ợc biết đến qua kết quả dị hoá của vi khuẩn hoạt động, ví dụ, cùng với sự biến đổi của U(VI) (Lovley cùng cộng sự, 1991) Tác dụng của vi

vi khuẩn yếm khí (ví dụ, Sigg cùng cộng sự, 1991) pH có thể biến đổi trong hồ

có lớp đệm xấu, theo thời gian vμ theo ph‡ơng thẳng đứng, bởi nhiều hơn 3 giá trị pH trong sản phẩm tạo ra, lý do ảnh h‡ởng của sự quang hợp vμ hô hấp, (Talling 1976)

Nh‡ vậy, sự hút bám bởi các nguyên tố, ví dụ, ôxít Fe vμ Mn, về căn bản có thểthay đổi lý do cũng nh‡ sự biến đổi của pH Số l‡ợng các cation tăng thêm vμ

sự tập trung bắt buộc của các chất vô cơ có thể ảnh h‡ởng t‡ơng tự nh‡ những kim loại có tính chất thay đổi Ví dụ, ảnh h‡ởng của trong việc thay thế

từ bề mặt vμ vị trí đặt của các hạt khoáng sản đ‡ợc xác minh rõ rμng cho

hệ thống hồ (tham khảo phần 8.6.1), vμ phức hệ của đã đ‡ợc dẫn chứng

khuẩn tự d‡ỡng mặc dù có thể có ảnh h‡ởng đáng kể tới tác động của nguyên

tố trong hồ, mμ năng l‡ợng thu đ‡ợc từ quá trình ôxi hoá lμm giảm loại chất vôcơ, ví dụ, Mn2+ vμ Fe2+

Chiều h‡ớng xuất hiện nhiều nguyên tố thêm vμo qua việc lμm mờ đ‡ờng củachu trình ôxi hoá - khử Kết quả quan trọng nhất từ sự liên kết hoá học (nghĩa

lμ, sự hút bám hoặc kết tủa) giữa các nguyên tố vμ chất mang pha nhạy cảm trong quá trình ôxi hoá - khử, ôxít Fe, Mn vμ sulfide

theo giả thuyết có thể đ‡ợc huy động qua chất khử hoμ tan

hể ảnh htrình ôxi hoá của sulfide Ngoμi ra, chu trình sắt có t

tập trung của vật chất thu

 4

NH HCO /3 CO32

 4

CO

để giải thích sự tập trung khác th‡ờng của actinit trong n‡ớc mặn, kiềm trong

hồ ở Caliornia (Anderson cùng cộng sự 1982; Simpson cùng cộng sự 1982) Ranh giới quá trình oxi hoá - khử, sự biến đổi tiêu biểu ở đây trong cô cạn chấthoá học vμ khả năng quan sát quá trình oxi hoá - khử th‡ờng lμ không gây khókhăn hoặc hoμn toμn xác định, ví dụ lμ sự cân bằng chất hoá học Nén động lực

có thể lμm cho các chất hoá học không t‡ơng thích với nhau đ‡ợc tạo thμnh nh‡ O2 vμ S(-II) cùng tồn tại trong thể tích n‡ớc, các phần tử ôxít sắt vμ sắt sulphít cùng tồn tại trong cả khối n‡ớc vμ trầm tích N‡ớc ở các lỗ nhỏ vμ đất bao xung quanh chúng có thể xuất hiện lệch pha trong sự cân bằng, vì trạng thái không ổn định kết hợp cùng với sự phát triển theo cùng mùa

Ví dụ, n‡ớc ở những lỗ nhỏ của trầm tích mặt trong mùa xuân sớm có thể chứa

đựng các dạng biến đổi riêng biệt, nh‡ng các vật chất trầm tích có thể đứng yên vμ xuất hiện mμu nâu đỏ đặc tr‡ng của ôxít sắt Đây lμ tính không đồng nhất tại ranh giới của quá trình oxi hoá - khử vμ nó có xu h‡ớng di chuyển theo mùa lμm rắc rối hơn về tính không đồng nhất của chất hoá học trong sự biến

đổi của quá trình oxi hoá - khử

Ngay lập tức quá trình oxi hoá - khử bởi sự quang hoá của các nguyên tố có thể xuất hiện trong hồ Một vμi sự phản ứng đã đ‡ợc nhận ra cho Fe vμ Mn, mặc

dù dữ liệu cho hệ thống n‡ớc ngọt có sự báo động t‡ơng đối cùng với sự quantâm tới nguyên tố Mn (Davison 1993) Những ng‡ời tạo ra đã biết một chút ít

về bằng chứng trực tiếp cho sự phản ứng quang hoá ảnh h‡ởng tới một số nguyên tố khác trong n‡ớc hồ, mặc dù cũng nh‡ phản ứng đã đ‡ợc thừa nhận

‡ chắc chắn đã có những ảnh h‡ởng nhỏ trong hệ

1993)

n

quát

hay dự báo trong vùng cửa sông vμ n‡ớc biển bao gồm các nguyên tố Cu, Co,

Cr, V, Se, U (Waite 1988), vμ Pu (Mudge cùng cộng sự 1988) Sự quang hoá gây

ra phản ứng oxi hoá - khử xuất hiện lμ đặc biệt quan trọng trong vấn đề động lực của vòng tuần hoμn oxi hoá vμ sự khử của Cu(II) - Cu(I) trong n‡ớc biển gần bề mặt nh‡ng hầu nh

thống n‡ớc ngọt (Moffett vμ Zike 1983; Moffett vμ Zika 1987) Sự khử bởi quá trình quang hoá của Cr(VI) xuống Cr(III) đã thực sự xảy ra trong nhóm cùng gốc của n‡ớc bề mặt, bao gồm 2 hồ n‡ớc ngọt (Kaczynski vμ Kieber

8.3 Sắt vμ Mangan

8.3.1 Sự biến đổi vμ vòng tuần hoμ

Trạng thái ôxi hoá của Fe vμ Mn trong hồ đã đ‡ợc nghiên cứu kỹ l‡ỡng vμ bao hμm toμn diện một cách tổng quát (Davvsson 1993) Một nghiên cứu tổng

khác đ‡ợc tuyên bố về vai trò của hạt phân tử Fe (Davision vμ De Vitre 1992)

vμ của phân tử Mn (De Vitre vμ Davision 1993) trong n‡ớc tinh khiết Nh‡ngng‡ợc lại Stumm vμ Sulzberger (1992) coi nh‡ những hiểu biết hiện nay vμ những lý giải về cơ chế biến đổi ôxi hoá lμ của Fe

Trong những lỗ khoan bão hoμ ôxi trạng thái ổn định của Fe vμ Mn đ‡ợc hình thμnh trong trạng thái ôxi hoá cao hơn (Fe(III), vμ Mn(III/IV)), sự thuỷ phân

hoμn toμn các ôxít có trong những chất keo hay trong những phân tử ở đâukhông có mặt của ôxi, ở đó phổ biến các trạng thái ôxi hoá thấp hơn, Fe (II) vμ Mn(II) Những Ion hoá trị 2 lμ có thể hoμ tan trong phạm vi pH từ 4 - 8 Nh‡kết quả của các đặc tính Fe vμ Mn lμ có mặt chủ yếu trong những giếng pha trộn, quá trình ôxi hoá hoμn toμn n‡ớc hồ nh‡ phân tử trong mật độ biến thiên

từ 0,4 y 2Pmoll-1 Trong sự thay đổi theo mùa hay đ‡ợc phân tầng hồ vĩnhc cửu

ở đó đáy thuỷ vực trở nên yếm khí, Fe(II) vμ Mn(II) có thể tích luỹ lại vμ mật

độ cao, đôi khi đạt tới 100Pmoll-1 Sự giãn bớt ion kim loại đ‡ợc cung cấp bởi sự khử của ôxít có mặt trong bề mặt trầm tích vμ phân tử chìm trong cột n‡ớc.Mối quan hệ 2 nguồn cung cấp th‡ờng xuyên thay đổi lμ nguyên nhân tiến tới phản ứng từ trầm tích quan trọng ban đầu

Khi điều kiện thiếu ôxi tăng lên các sulphua hòa tan có thể tích lũy trong điều kiện thiếu oxi huyết ở các hồ, vμ lμm ảnh h‡ởng tới kết tủa của FeS (Davisonnăm 1991) Những phản ứng khử mạnh của các phân tử FeS có thể tồn tạicùng với các oxit sắt (theo Davison vμ De Vitre năm 1992) vμ quả thực lμ những oxit Sắt không kết tinh thì có mặt ở trong những những lớp trầm tích đã giảm bớt l‡ợng các chất giμu chất hữu cơ (theo Hilton vμ các cộng sự năm 1986)

Chu trình oxi hóa khử của Fe vμ Mn không phải lμ có giới hạn với các khối n‡ớc thiếu oxi huyết Khi mμ các phân tử hạ xuống mức gặp trầm tích ở trong những khối n‡ớc có tính oxi hóa cao, sự phân hủy giảm bớt có thể xảy ra, cả hai chất Mn(II) vμ Fe(II) có thể đ‡ợc giải phóng khỏi bề mặt các khối n‡ớc đó Sựgiải phóng của Fe(II) thì rõ rμng hơn, nh‡ng nó xảy ra ở trong các môi tr‡ờnghữu ích nơi mμ Fe(II) đ‡ợc tạo ra gần bề mặt của các trầm tích Tuy nhiên, Fe(II) bị oxi hóa nhanh hơn ở trên mặt n‡ớc vμ quay trở lại các trầm tích do chúng thực sự đ‡ợc giữ lại Sự giải phóng lớn hơn của Fe(II) vμ tốc độ oxi hóa chậm hơn của chúng cho phép nó có thể phân bố đều tới tất cả các khối n‡ớc(Davison năm 1993) Tuy nhiên, bởi vì sự phân tán theo chiều thẳng đứng đ‡ợcdiễn ra trong suốt thời kỳ của sự pha trộn trọn vẹn, do đó thật khó để có thểkhám phá ra sự giải phóng cho đến khi có sự tấn công vμo các thớ tầng khi mμ

sự pha trộn thực sự giảm bớt

Các vật chất hữu cơ, đặc biệt lμ trong sự có mặt của ánh sáng mặt trời, có thể lμm giảm bớt các oxit Fe vμ oxit Mn ở bề mặt của n‡ớc (Collienne 1983) Những

ảnh h‡ởng đó lμ những gì đ‡ợc quan sát đơn giản nhất trong môi tr‡ờng n‡ớc

có tính axit nơi mμ Fe(II) trong các điều kiện trên có hơn một nửa cuộc sống vμ các chu trình hμng ngμy có thể quan sát đ‡ợc (Sulzberger vμ các cộng sự năm1990)

Trong khi các quá trình oxi hóa khử lại có xu h‡ớng chiếm ‡u thế trong cáchoạt động của Mn trong các hồ, thì nhiều chu trình hoạt động của Fe lại th‡ờng chỉ tác động ch‡a đến 10% Một l‡ợng nhỏ Fe có mặt trong khoáng sét

sẽ t‡ơng ứng với các oxit không có ảnh h‡ởng mμ không hạ xuống Tuy nhiên, ở

đó th‡ờng có một sự cung cấp dồi dμo của các oxit Fe có thể khử đ‡ợc, trong khi

sự cung cấp của oxit Mn đã trở nên cạn kiệt hơn.

8.3.2 Các giai đoạn di chuyển của các hợp chất sắt vμ mangan

8.3.2.1 Các oxit

D‡ới các điều kiện oxi hóa của các oxit Fe vμ Mn, cùng với các vật chất hữu cơ, th‡ờng quan tâm tới các quá trình lọc sạch vμ các thời kỳ vận chuyển tới một l‡ợng nhỏ không bền vững của các nguyên tố trong môi tr‡ờng n‡ớc (Hart

1982, Forstner 1982, Sigg 1985, Tessier 1992) Những hiểu biết của con ng‡ời

về sự hút bám các nguyên tố của các oxit Fe vμ Mn d‡ới các điều kiện t‡ơng tựtrong các phòng thí nghiệm đủ để cho chúng ta có thể phát triển mở rộng, để xây dựng những mô hình có quy mô lớn về lý thuyết hình thái bề mặt(Dzombak vμ Morel năm 1990)

Bức tranh về hiện thực các hệ thống hồ đã không trọn vẹn cho lắm Những bản báo cáo sau nμy đ‡ợc chờ đợi để chứng minh tình trạng thay đổi lớn củacác bằng chứng biểu thị một vai trò quan trọng của oxit Fe vμ oxit Mn trong chu trình hoạt động của các nguyên tố ở trong hồ Tuy nhiên tính hoạt động của một l‡ợng nhỏ các nguyên tố đ‡ợc tăng lên một cách cần thiết bởi sự giảm bớt l‡ợng phân hủy của các oxit, bởi vì các nguyên tố có thể đ‡ợc lọc sạch trong các giai đoạn khác nhau, ví dụ nh‡ kết tủa sunphua

Laxen (1984, 1985), Laxen vμ Sholkovitz (1981) đã tiến hμnh một loạt các thí nghiệm về sự thấm hút bề mặt ở trong phòng thí nghiệm đối với oxit Fe, các

ông đã tận dụng những nguyên liệu tự nhiên trong các điều kiện hiện thực tế ở trong hồ Các oxit đ‡ợc cung cấp bởi các quá trình oxi hóa chậm trong điều kiện thiếu oxi huyết tự nhiên có trong n‡ớc hồ Một số l‡ợng quan trọng các nguyên

tố Pb, Cu, Cd vμ l‡ợng Ni nhỏ hơn đ‡ợc thấm hút ở hầu hết các điều kiện

Một số l‡ợng lớn các kim loại tạo thμnh các giới hạn xuyên suốt các vùng kết tủa (nghĩa lμ sự oxi hóa vμ sự thấm hút bề mặt đồng thời cùng xảy ra một lúc)

ờng lớn hơn lμ chỉ riêng qua sự hút bám (nghĩa lμ sự thấm hút bề mặt ở phía trên sự tạo thμnh oxit sắt tr‡ớc) Sự thấm hút bề mặt về căn bản thì bị giảm bớt trong sự có mặt của các loại vật chất có mùn, với sự thấm hút

bề mặt của Cd vμ Ni đ‡ợc tăng lên vμ sự thấm hút bề mặt của Cu bị giảm xuống Đây lμ một thuộc tính, theo thứ tự có sẵn, theo h‡ớng liên kết bền vững của Cu vμ Ni để hút các chất mùn (có nghĩa lμ hoạt động Ligand - Like) vμ mốiquan hệ lớn hơn của Cu với các mảng mùn hòa tan Sự thấm hút bề mặt Cd ngoμi ra cũng dễ bị hủy hơn đối với sự cạnh tranh của Ca2+

Các thông tin trong liên kết các nguyên tố bởi các oxit Fe vμ Mn luôn có thể dùng đ‡ợc từ các nghiên cứu về sự lọc hay sự phân hủy ở trong các phòng thínghiệm khác nhau của các phân tử vμ trầm tích ở hồ Sự lọc liên tiếp của các trầm tích đá Trap, giăng bắt các mẫu sinh vật phù du, các cụm trầm tích bềmặt vμ đã giải thích rằng ở trong hồ Michigan hai đồng vị Pu vμ 241Am đầutiên đ‡ợc liên kết với các lớp phủ ngoμi oxit có n‡ớc (Alberts vμ các cộng sự năm 1989) Các phân tích thống kê của một l‡ợng tập trung kim loại nhỏ HCL thì thông th‡

1M đã chỉ ra rằng tính l‡u động của các nguyên tố Cd, Zn, Co, Pb, Cr, vμ Ni có thể đ‡ợc điều hòa bởi các oxit sắt trong hồ Eric vμ trầm tích sông Detroit (Lum

vμ Gammon 1985)

Sự lọc liên tiếp của các quặng ô nhiễm trong bể chứa (Schintu vμ các cộng sự năm 1991) đã chỉ ra rằng các oxit sắt vμ oxit Mn lμ các chất hấp thụ chiếm ‡uthế dμnh cho Pb vμ cùng với các mảng Cacbonat, cho Cd, cho đồng đỏ, vμ chocác nguồn khác, mặc dù có mặt trong các mảnh oxit, đ‡ợc giới hạn bởi các vật chất hữu cơ Aggett vμ Roberts (1986) đã sử dụng tỷ lệ của sự phân hủy các nguyên tố trong sự hòa tan Etylen Diamin Tetra Axetat (EDTA) để chứng tỏ rằng As đ‡ợc giới hạn bởi oxit sắt trong các lớp trầm tích ở hồ Ohkuri (New Zealand) Các nhμ nghiên cứu đã giải thích tính bất biến của tỷ số Fe/As trong suốt quá trình phân hủy nh‡ lμ biểu hiện của vùng kết tủa tại thời điểm của sựhình thμnh oxít

g của

th‡ờng đ‡ợc quan sát thấy ở bề mặt các trầm tích hồ (t‡ơng tự

sự phân bố

nguyên nhân lμ do có sự oxi hóa kết tủa cục bộ theo

do các nguồn kim loại đ‡ợc đ‡a vμo Nguyên tố Zn đ‡ợc giới hạn bởi các mảng oxit, kể cả một l‡ợng ít hơn của Pb vμ Cu đ‡ợc kết hợp chủ yếu với các mảng có tính oxi hóa (t‡ơng tự nh‡ vật chất vμ sunphua) Bằng sự

so sánh hai mẫu oxit sắt vμ mangan l‡ỡng tính ở các mặt nghiêng thấp hơn

Khối kết Fromangan thuộc hồ bao gồm những l‡ợng quan trọng của các l‡ợngkim loại nhỏ, mặc dù chúng bị bμo mòn dần bởi các sinh vật biển t‡ơng ứn

chúng (Harriss vμ Troup 1970, Calvert vμ Price 1977) Những l‡ợng nhỏ các nguyên tố cũng đ‡ợc liên kết với sự tăng c‡ờng tập trung các oxit sắt vμ oxitmangan th‡ờng

nh‡ ở bên trên quá trình oxi hóa khử); theo ví dụ của Lovell vμ Farmer 1983,Kepkay 1985 Cornwell 1986, Williams 1992) Các mạch n‡ớc phụ của hầu hếtcác tổ hợp dữ liệu có tính thuyết phục cao mμ dùng cho một hồ ở Scottish trongmỗi mặt nghiêng của trầm tích vμ mạch n‡ớc của nguyên tố Co, Zn vμ một l‡ợng Cu nhỏ hơn theo sát nguyên tố Mn (Hình 8.1) William (1992) đã cho rằng một mắt xích liên quan tới sự quan sát vμ các đề xuất mμ

những l‡ợng nhỏ kim loại đ‡ợc quản lý bởi chu trình oxi hóa khử của Mn

Sự liên kết giữa vết tích các kim loại vμ các oxit sắt vμ mangan có thể sẽ cμng phức tạp hơn, tuy nhiên, vμ có lẽ lμ không liên quan tới bất cứ một nhân tố nμo với việc phân bố các nguyên tố có số l‡ợng nhỏ trong hầu hết các trạng thái của chúng Trong một nghiên cứu gần đây của trầm tích hồ Superior (McKee vμ các cộng sự 1989a, b), mặt nghiêng của các trầm tích quan sát đ‡ợc bao gồm các tầng theo sau ở những nơi có độ sâu tăng lên, một khu vực oxi hóa có l‡ợng tập trung trung bình của Fe vμ Mn, vμ với một khu vực oxi hóa có l‡ợng tập trung

Fe vμ Mn cực đại, chúng có

sau các chu trình oxi hóa khử hạng nhất từ một khu vực sâu hơn của sự biến

đổi, bao gồm cả tổng l‡ợng tập trung Fe vμ Mn thấp nhất

Các tầng nhẹ thì tập trung nhiều nhất sự tập trung của Zn, Cu, Pb vμ Các bon hữu cơ, nh‡ng không có nhiều lắm trong Fe vμ Mn Các tầng oxi hóa cũng bao gồm cả sự tập trung lớn dấu tích các kim loại bởi vì tr‡ớc đây ng‡ời ta cho rằng

để có sự tăng lên

trong các khu vực oxi hóa nh‡ng không tích tụ một l‡ợng quan trọng các nguyên tố Zn, Pb, vμ Cu Mặc dù các dữ kiện không loại trừ ảnh h‡ởng từ con ng‡ời nh‡ng một l‡ợng nhỏ các kim loại xuất hiện phải trải qua những biến

đổi của các quá trình hình thμnh đá trầm tích đầy quan trọng, để tới một vμi mức độ độc lập nhất định của quá trình tái sinh sắt vμ mangan

Theo McKee vμ các cộng sự (1989 a, b) đã đi tới một kết luận hoμn chỉnh rằng

sự phân rã của các vật chất hữu cơ gần bề mặt các trầm tích đã đ‡a ra những

sự bổ khuyết cần thiết của các kim loại có dấu vết quan trọng, vμ chúng có thể trở thμnh danh giới với các oxit trong các khu vực oxi hóa, nh‡ng không phải lμ

ở tất cả các độ sâu Do đó, hμm l‡ợng nhỏ kim loại trong các oxit sắt vμ

1989) Công việc nμy rất quan trọng, bởi vì nó chứng minh mối

ra rằng mặt nghiêng của l‡ợng nhỏ kim loại trong các trầm tích ở hồ có thể bị

ảnh h‡ởng nghiêm trọng bởi sự kết hợp của các chất hóa học, vì vậy những mặtnghiêng có thể không th‡ờng xuyên cung cấp các dữ liệu lịch sử chính xác của những nguồn kim loại do con ng‡ời đ‡a vμo

Một ph‡ơng pháp mới lạ để nghiên cứu sự liên kết của oxit sắt vμ l‡ợng nhỏ các nguyên tố trong bề mặt các trầm tích đ‡ợc phát triển bởi Tessier vμ các cộng sự (1985,

liên hệ giữa các mô hình lý thuyết bề mặt phức tạp với những mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm (tức lμ ứng với thời kỳ có những định nghĩa tổng hợp tốt) vμ ngμy cμng xa hơn các ph‡ơng thức phức tạp thuộc môi tr‡ờng

Nó kết hợp các mẫu trầm tích vμ mạch n‡ớc, những cải tiến liên tiếp củaTessier đã xác lập nên các kế hoạch, vμ một loạt các mô hình liên hợp bề mặt

đơn giản Sự phân chia của các nguyên tố Cd, Cu, Ni, P

danh giới của Fe – oxit , đ‡ợc định nghĩa bởi các sự lọc liên tiếp, vμ các mạchn‡ớc trong các hồ thì có độ pH rất khác nhau, th‡ờng thì chỉ phù hợp vớinhững lý thuyết bề mặt đơn giản (Tessier vμ các cộng sự năm 1985)

Vả lại, tại những phần chia có độ pH cao

tiếp trong các tμi liệu cho sự hút bám không có định hình của hydroxit Fe trong

sự hòa tan NaNO3 Liên kết giữa Cu vμ Pb ở độ pH cao th‡ờng nhỏ hơn ở trong các hệ thống mô hình trong phòng thí nghiệm quan sát đ‡ợc, liên kết mμ đ‡ợcquy kết với các hoạt động cạnh tranh của các Ligand hòa tan ở tại nơi có độ pH thấp thì sự hút thấm bề mặt th‡ờng lớn hơn sự thấm hút gián tiếp thay cho mô hình oxit sắt vμ cho tất cả các kim loại, vμ nó t‡ợng tr‡ng cho sự hình thμnh của ba yếu tố phức tạp giữa oxit vμ một vμi nhóm metal- ligand Đây lμ lời giải thích t‡ơng tự, nghĩa lμ hoạt động của Liga

loại giống nh‡ các dẫn chứng của Laxen trong các cuộc thí nghiệm thấm hút bề mặt của anh ta với các vật chất tự nhiên trong hồ Các ph‡ơng pháp kết hợp của Tessier luông đ‡ợc sử dụng để khẳng định rằng liên kết As bởi các oxit sắt trong hồ ở độ pH từ 4.0 – 8.4 luôn phù hợp với các quan sát của hydroxit sắt vô

định hình trong các mô hình thí nghiệm (Belzile vμ Tessier 1990)

Hình 8.1 Profile thẳng đứng của sự tập trung kim loại trong chất trầm tích vμ n ‡ớc khe hở của Loch

Ba, Anh (Williams 1992)

Rồi sau đó Tessier vμ những đồng nghiệp của ông đã nắm bắt đ‡ợc những ph‡ơng pháp cao hơn, có một b‡ớc tiến xa hơn trong việc dùng thêm các tấm Teflon để xét nghiệm một cách riêng rẽ những oxit Fe vμ Mn tự nhiên xuấthiện trong các trầm tích hồ (Theo Belzile vμ các cộng sự năm 1989) Điều nμy

đã dẫn tới một ph‡ơng pháp cao hơn để khắc phục sự xuất hiện không chắcchắn từ việc sử dụng các quá trình lọc liên tiếp để xác định rõ sự hình thμnh các trầm tích Ph‡ơng pháp mở rộng nμy đã đ‡ợc sử dụng trong một nghiên cứu tỷ mỉ về sự liên kết Cd trong các trầm tích ở 38 hồ thuộc Canada (TheoTessier vμ các cộng sự năm 1993)

Một mô hình hình thái bề mặt đơn giản một lần nữa lại mô tả thμnh công sự liên kết của kim loại, nh‡ng mô hình đó lại cần thiết để mở đầu cho một chất hấp thụ thêm vμo, vật chất hữu cơ, để giải thích đầy đủ cho dữ liệu đã quan sát

đ‡ợc Những nghiên cứu chỉ ra rằng mặc dù có ý nghĩa quan trọng nh‡ng liên kết Cd gây bởi oxit Sắt (Fe) thì ít quan trọng hơn lμ liên kết gây ra bởi mảngnhỏ trầm tích hữu cơ

Mặt cắt cột n‡ớc sự tập trung một l‡ợng nhỏ các nguyên tố hòa tan trong hồ,chính nó liên kết các hoạt động của các nguyên tố trực tiếp với các oxit Fe vμ oxit Mn lμ t‡ơng đối khan hiếm Có thể sự liên kết đầy đủ trọn vẹn nhất nằm ở giữa sự tập trung lớn một l‡ợng Co hòa tan vμ một l‡ợng phân hủy bớt các oxit

Mn trong tầng n‡ớc sâu của một vμi hồ có sự thiếu oxi huyết thay đổi theo mùa (Heslein năm 1987 vμ Balistrieri vμ các cộng sự 1992a) Giống nh‡ lμ sự tập

trung cao của 210Pb vμ 210Po hòa tan đ‡ợc cho lμ có nguyên do từ sự phânhủy các oxit Fe vμ oxit Mn (Theo Benoit vμ Hemond năm 1990, theo dõi phần 6.2).

Sự thay đổi của các cột n‡ớc trong nguyên tố As cũng đ‡ợc liên kết với Fe vμ

Mn, nh‡ng những sự thay đổi đó lại khá phức tạp do có sự thay biến đổi củaquá trình oxi hóa khử của As [ nghĩa lμ As(V) vμ As(III) vμ sự pha chấtmetanoa (theo dõi phần 5.1) Các mặt cắt của kim loại đặc biệt vμ cố kết đ‡ợcquan sát ở trong hồ Antartic đều có chứa một l‡ợng muối, sự thiếu oxi huyếtthay đổi có tính th‡ờng xuyên, tầng n‡ớc sâu (Hình 8.2) nơi mμ nguyên tố Mn chiếm‡u thế hơn nguyên tố Fe Coban đôi khi cũng theo sát sau Mn, nguyên tố

mμ đ‡ợc quy kết bởi Green vμ các cộng sự vμo năm 1989 tiến tới sự phân hủybớt một l‡ợng Mn vμ sự có mặt của Co(III) trong các l‡ới oxit Mn

Trùng với l‡ợng cực đại phụ thuộc của các nguyên tố Mn, Co, Ni, Cu vμ Cd, tấtcả đều biểu diễn l‡ợng cực đại tại các độ sâu thấp hơn Các giá trị cực đại của các nguyên tố Ni, Cu vμ Cd đ‡ợc giải thích nh‡ lμ do sự tăng lên của oxit Mn, nh‡ng lμ ở trong một giới hạn ít chắc chắn hơn (ví dụ hấp thụ thì t‡ơng phản trong danh giới l‡ới mắt cáo) Cơ chế của việc giải phóng lμ đ‡ợc liên kết với sựphân hủy bớt của các oxit trong n‡ớc có độ oxi hóa thấp, mặc dù nó đ‡ợc l‡u ý rằng những nhóm nguyên tố có tính hòa tan giống nhau có thể đ‡ợc tạo nên ngay sau sự tăng lên các quá trình tập trung của các vật chất hữu cơ vμ vô cơ xảy ra trong những tầng sâu n‡ớc mặn Nói tóm lại , tình trạng hiện tại của n‡ớc mặn, danh giới bên trên (48m) nơi mμ trùng với giới hạn phía trên của một l‡ợng cực đại kim loại (Hình 8.2) đ‡a ra một số giải thích khác cho những mặt cắt của kim loại quan sát đ‡ợc

Tầng sâu nơi mμ độ muối tăng lên đ‡ợc liên kết với các tầng khác nhau trong

sự hoạt động mạnh mẽ của sinh vật (ví dụ: l‡ợng quang hợp cực đại tại độ sâu

58 m, một dải của các vi khuẩn Niterat hóa tại độ sâu 54m), sự tăng lên đáng

kể trong việc cô cạn không chỉ của ligands mμ còn có cả Ca2+, vμ độ giảm trong

pH từ xấp xỉ 8 xuống còn có xấp xỉ 5,5 (Hình 8.2)

N‡ớc mặn ở tầng sâu về bản chất bao gồm n‡ớc mặn CaCl2 với một sự cô lại Catại mức xấp xỉ 8moll-1 so với mức xấp xỉ 5*10moll-3 tại bề mặt của hồ Vì vậy, có

ví dụ rằng, l‡ợng cực đại trùng khớp của các nguyên tố Ni, Cu, Cd, Mn vμ Co tại độ sâu xấp xỉ 55 m có thể có nguyên nhân lμ do sự di chuyển của những kim loại từ oxit Mn vμ bởi các ion H+ vμ Ca2+ [một vμi nguyên tố Mn liên kết với oxit

Mn bằng với l‡ợng mμ chúng hấp thụ, theo ví dụ của Tipping năm 1984

Việc nghiên cứu trầm tích Trap ngoμi ra cũng luôn đ‡a ra những chứng cớ về dấu vết các quá trình lắng đọng trầm tích của các nguyên tố thông qua oxit Fe

vμ oxit Mn Trong những khu vực n‡ớc sâu thiếu oxi huyết th‡ờng xuyên củanhững hồ đầy chất dinh d‡ỡng vμ meromictic, một sự liên kết trọn vẹn đầy đủ

lμ một điều hiển nhiên giữa Ir vμ Cu (Baccini vμ Joller năm 1981)

Hình 8.2 Profile thẳng đứng của sự tập trung kim loại vμ phụ thuộc vμo dữ liệu trong cột n ‡ớc của meromicjtic hồ Antarctic, hồ Vanda Sự tập trung kim loại không lọc đ‡ợc trình bầy khi chu trình mở

vμ đ ‡ợc lọc khi chu trình kín, cùng với hạt kim loại đ‡ợc miêu tả bởi miền tối (Green cùng cộng sự 1989)

Chúng cao hơn xấp xỉ khoảng 50% của các dòng chảy lắng đọng của Cu mặc dù

lμ do các lớp Cu lắng xuống tới các oxit Fe không kể tới sự có mặt của các lớp n‡ớc đáy thiếu oxi huyết Trong hồ Zurich, sự lọc sạch vμ quá trình lắng đọng

trầm tích của Cu, Zn, Pb, Cd, vμ Cr đ‡ợc kết nối với thuyết phát sinh sinh vật quan trọng, vμ tới một phạm vi của các oxit Fe nhỏ hơn, nh‡ng ng‡ợc lại với oxit Mn lμ kết quả từ một chu trình oxi hóa khử hoạt động của Mn, có mặt để lọc sạch các nguyên tố Cu, Zn, vμ Pb từ các tầng n‡ớc đáy (Theo Sigg vμ cáccộng sự năm 1987)

Vì vậy, từ những dữ kiện có giá trị quan trọng, nó đã chỉ ra rằng sự t‡ơng quan quan trọng của các oxit Fe vμ oxit Mn giống nh‡ lμ việc mang những l‡ợng nhỏ các nguyên tố trong các hệ thống hồ thì có tính biến thiên cao hơn, cả hai sự quan tâm tới mỗi giai đoạn hay những giai đoạn khác nhau của các chất mang (ví dụ nh‡ lμ các vật chất hữu cơ) đều phụ thuộc vμo các điều kiện cụ thể của từng vùng Tuy nhiên, những sự khái quát chắc chắn đó có thể xuất phát từ mối t‡ơng quan quan trọng trong mối liên quan của các oxit với các nguyên tốkhác Các oxit sắt có mặt sẽ có một mối quan hệ lớn hơn thay cho các nguyên tố

As (Batterson vμ McNabb năm 1983, Lovell vμ Farmer năm 1983, Agget vμ Roberts năm 1986, Freeman vμ các cộng sự năm 1986, Belzile vμo năm 1989,

De Vitre năm 1991) vμ Cu (Baccini vμ Joller năm 1981, Cornwell 1986, Belzile

vμ các cộng sự năm 1989), trong khi đó, các Oxit Mn xuất hiện lại có một mối quan hệ tốt hơn cho các nguyên tố Ba (Cornwell năm 1986, Sugiyama vμ cáccộng sự năm 1992), nguyên tố Co (Hesslein năm 1987, Balistrieri 1992a), nguyên tố Zn (Jaquet năm 1982, Belzile vμ các cộng sự năm 1989), vμ cho nguyên tố Ni (theo Kepkay năm 1985, Belzile năm 1989, Balistrieri vμ các cộng

sự 1992a) Tuy nhiên, ở đó có một tr‡ờng hợp không chắc chắn cho lắm về mỗi

sự tổng hợp đó Lấy một ví dụ, trong hồ Biwa giμu nguyên tố Mn, giống nh‡ ở các phần lớn danh giới của các mảnh oxit Mn (theo Takamatsu vμ các cộng sự năm 1985, vμ cả Anderson vμ Bruland năm 1991)

8.3.2.2 Sulphide

Sự di chuyển sulphide kim loại trong anoxic của hệ thống hồ đ‡ợc thừa nhận rộng rãi (Forstner, 1982), mặc dù h‡ớng có giới hạn Davison cùng cộng sự (1992) mới đây đã công bố khá nhiều dữ liệu về cấu tạo trên phần tử sulphidesắt, ví dụ tiêu biểu từ anoxic hypolimnetic n‡ớc vμ phân tích sử dụng máy quétcác hạt proton Nó chứng tỏ rằng những phần tử sulphide giμu hơn trong Cu (4000 pmm) vμ Zn (6000 pmm) lμ nhiều hơn ôxít sắt ban đầu Chống lại chứng minh nμy cho sulphide kim loại kết tủa lμ chủ yếu từ nghiên cứu hoμ tan kim loại trong n‡ớc vμ chất trầm tích hồ, theo cách thông th‡ờng sự liên kết nμy cùng với tính toán nhiệt động lực về tính tan đ‡ợc của chúng, dựa vμo một cách thông th‡ờng sử dụng chất hoá học đ‡ợc tạo thμnh theo quy tắc (WATEQ).Những yếu tố cho sulphide kết tủa đã đ‡ợc đề xuất cũng quan trọng trong việckiểm soát As, Cd, Cu, Co, Ni, Pb, vμ Zn (Matisoff cùng cộng sự, 1980;Batterson vμ McNabb 1983; Pedersen 1983; Aggett vμ O'Brien 1985; Carignan

vμ Nriagu 1985; Carignan vμ Tessier 1985; Morfett 1988; Green cùng cộng sự 1992) Nói chung không xoá hết sự phân biệt giữa việc mô tả sulphide kim loại tinh khiết kết tủa hoặc không kết tủa cùng với sulphide sắt Điều kiện hoμ tan

ít khi xuất hiện gần nh‡ cân bằng về phần sulphide kim loại tinh khiết, vμ chỉ

ra sự hình thμnh quy tắc chung v‡ợt quá bão hoμ Nh‡ vậy sự khác nhau đ‡ợcquy cho lμ nhân tố chính đối với phức hệ, thiếu bởi sự hình thμnh quy luật (ví

dụ, phức hệ kim loại hữu cơ), ảnh h‡ởng hoμ tan đất, những vấn đề giới hạn khám phá, đặc biệt về phía phép đo sulphide

Những cuộc thí nghiệm trong phòng thí nghiệm khác nhau đã cung cấp nhiều hơn bằng chứng về sự kết tủa của sulphide kim loại Frevert (1987) đã thực hiện hμng loạt từ khi bắt đầu hình thμnh trong phòng thí nghiệm của hạt nhân chất trầm tích hồ không đ‡ợc phân phối, trong đó H2S vμ pH đã đ‡ợc kiểm soát D‡ới điều kiện môi tr‡ờng thực anoxic, Zn, Cd, Pb vμ Cu đã nhanh chóng

di chuyển từ trạng thái đ‡ợc hoμ tan sang kết tủa sulphide Những cuộc thí nghiệm t‡ơng tự cùng với homogenize chất trầm tích hồ đã cho biết sự kết tủa của sulphide As(III) (Batterson vμ McNabb 1983) Di Toro vμ Coworkers (1992)

có trình bμy về đặc tính độc của kim loại (Cd vμ Ni) trong chất trầm tích hồ đã

đ‡ợc lμm giảm bớt bởi kết tủa sulphide Sự liên kết của chúng ảnh h‡ởng tới axít lμm thay đổi sulphide (AVS) bề mặt của chất trầm tích, vμ sự quan trắc của chúng cho rằng đối với sự thay thế của sắt từ monosulphide bởi kim loại lμm giảm tính tan của sulphide (ví dụ, Ni, Zn, Cd, Pb, Cu, vμ Hg)

T‡ơng tự, sự t‡ơng quan cùng với sản phẩm tan của sulphide mặc dù đã có sự quan trắc trong những thí nghiệm tại phòng thí nghiệm theo dấu hiệu hút bám của kim loại vμ sự không kết tủa theo Mackinawite, một biến đổi ổn định của sulphide sắt bao gồm sự thay đổi sulphide trên bề mặt chất trầm tích trong những hồ nhỏ (Morse vμ Arakaki 1993) Phạm vi của sự di chuyển bởi cả hút bám vμ kết tủa nói chung xuất hiện trong dãy Ni > Co > Mn Cadmium, Cr,

Cu, vμ Zn lμ khác từ tính tan tới một vμi quy mô lớn hơn, nh‡ng sự kết hợp khác không thể lμ khác biệt từ kết tỉa của sulphide kim loại nguyên chất

8.3.2.3 Những giai đoạn khác

Sắt carbonat, Mn carbonat vμ sắt phosphate đã đ‡ợc báo cáo trong hệ thống

hồ, nh‡ng mặt khác h‡ớng chứng minh lμ giới hạn vμ thông tin trên dấu vết bề mặt nguyên tố của chúng nó gần nh‡ hoμn toμn lμ không có Buffle cùng cộng

sự (1989) định rõ đặc điểm sự liên kết giμu phần tử sắt từ quá trình ôxi hoá khử trong ranh giới hồ giμu chất dinh d‡ỡng bởi hoá trị của sắt tronghydroxophosphate Fe(II/III) Sắt carbonat, Mn carbonat vμ phosphate có nhiều hơn phỏng đoán bình th‡ờng từ nghiên cứu chất trầm tích trong mao dẫn(Emeson 1976; Matisoff cùng cộng sự 1980) Một nghiên cứu t‡ơng tự đề nghị thừa nhận lμ sự tập trung mao dẫn của hoμ tan Pb trong chất trầm tích hồ Erie co thể kiểm soát bởi phosphate chì, chloropy-romorphite (Matisoff cùng cộng 1980)

8.4 Mặt tiếp xúc giữa trầm tích vμ n}ớc

Sự trao đổi các phần tử giữa trầm tích đáy vμ cột n‡ớc nằm ở bên trên lμ một

điều đáng chú ý đặc biệt bởi vì sự đáng kể của nó với chú ý tới điều tất yếu cơ bản của các phần tử trong hồ Mặt tiếp xúc giữa trâm tích vμ n‡ớc đ‡ợc đặc tr‡ng bởi sự tăng đột ngột trong mật độ phân tử vμ sự giảm đột ngột trong vận tốc vận chyển khuếch tán so với lớp n‡ớc nằm trên Các phần tử tái hoạt động cao, nh‡ lμ vật liệu tảo vμ ôxít metan, có xu thế đ‡ợc tập trung ở đó Những thứ nμy có thể bị phá huỷ nhanh chóng vμ hình thμnh các dạng mới (nh‡ lμ sunphat) Những nguyên tố vết do đó có thể đ‡ợc giải phóng từ quá trình hoμ tan hay lắng đọng tạo cho khu vực tiếp xúc nμy một nguồn địa ph‡ơng quantrọng tiềm năng hoặc sự lắng xuống của các phần tử Vấn đề nμy đ‡ợc xem xét

vμ chứng minh bằng thực nghiệm về mức biến động cao về h‡ớng vμ tầm quantrọng t‡ơng đối của dòng khuếch tán của các phần tử bị hoμ tan ở mặt tiếp xúc giữa trầm tích vμ n‡ớc Nó cũng thể hiện ra đ‡ợc giữ liệu về sự trao đổi trầm tích - n‡ớc (xem các ví dụ trong những mục sau vμ tr‡ờng hợp nghiên cứu với

Pu vμ 137Cs trong mục 8.6)

8.4.1 Dòng khuếch tán từ các trầm tích

Trong những xem xét ban đầu của mình Sholkovitz (1985) đã kết luận rằng kim loại kiềm (Na, K vμ có thể cả 137Cs) vμ kim loại kiềm thổ (Mg, Ca, Ba) cùng với những ví dụ phổ biến của Fe, Mn, P, Si, NH3 vμ các chất có tính kiềmnhững mẫu vật nμy đã tăng c‡ờng các dòng chảy qua giao diện trầm tích - n‡ớctrong suốt mùa thiếu oxi, điều mμ đã diễn ra ở một số hồ Những dòng chảy nμy dẫn đến tăng mật độ dòng phân tử trong tầng n‡ớc hồ sâu thiếu oxi từ quá trình quan hệ oxi hoá khử, vμ đ‡ợc cho lμ do Sholkovitz phát hiện, trong từng phần (Na, K, Mg, Ca, vμ Ba) hay trong tổng thể Bằng chứng chứng tỏ những

ảnh h‡ởng t‡ơng tự với các phμn tử khác lμ rất hiếm xảy ra vμ hơn nữa,nóichung lμ khó để vạch ra sự khác biệt giữa sự khuếch tán ngang qua bề mặttiếp xúc giữa trầm tích - n‡ớc vμ sự hoμ tan của các phần tử chìm lắng nh‡ một nguồn của sự tăng mật độ đó Những ví dụ đã cho trong mục 3.2.1 của As,

210Pb, vμ 210Po cung cấp bằng chứng hấp dẫn của việc giải phóng từ các trầm tích, trong đó những giảI thích dựa trên tính biến đổi mật độ phụ thuộc vμo thời gian vμ độ sâu của cột n‡ớc vμ n‡ớc trong khe, số liệu trầm tích đá Trap

vμ tính toán khối n‡ớc dự trữ (Aggett vμ O’brien 1985, Benoit vμ Hemond 1990) Tuy nhiên, trong tr‡ờng hợp của As vμ 210Pb tình huống phức tạp vμ một thay đổi của đặc tr‡ng vòng tuần hoμn sinh hoá đã d‡ợc trình bμy (xem mục 5.1 vμ 6.2) Đó lμ bằng chứng từ những điều nμy vμ d‡ới ví dụ về số kiẹu nh‡vậy thì không có nghĩa lμ đã rõ rμng

Esthwaite water của Anh đã có mộy nơi dμh cho những nghiên cứu do Mortimer sáng lập ra (1941,1942) vμ những kết quả ban đầu lμ chủ chốt trong việc phát triển quan điểm về sự giải phóng vμ sự hoμ tan thu gọn của Mn vμ Fe

từ các trầm tích đáy trong toμn bộ khối n‡ớc d‡ới đIều kiện yếm khí (xem Sholkovitz 1985) Sự biểu hiện nội tại của Esthwaite water dựa trên cơ sở nồng

độ Mn phụ thuộc thời gian vμ độ sâu của cột n‡ớc, các mặt cắt dọc của trầm tích đáy vμ những kinh nghiệm từ những thí nghiệm sử dụng n‡ớc vμ trầm

tích hồ tự nhiên còn ch‡a công bố (Mortimer 1941, 1942) Những nghiên cứu gần đây đ‡ợc tổng kết trong Davison (1993) bao gồm những đo đạc trầm tích

đá Trap, mạch n‡ớc vμ những tính toán mô phỏng l‡ợng trữ của khối n‡ớc nhờ những điều nμy đã dẫn tới những hiểu biết đầy đủ về toμn bộ hệ thống Mặc dù hiện nay giải thích rằng sự giải nội tại của Mn diễn ra từ các trầm tích đáy tới các lớp n‡ớc bên trên vμo đầu mùa xuân chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn.Trầm tích trong tầng n‡ớc hồ sâu ở Esthwaite lμ sự giảm l‡ợng Mn vμ l‡ợngcòn lại của oxit Mn trong trầm tích nhanh chóng trở thμnh cực hạn trong suốt mùa hè Vì vậy, sự tăng lên liên tục của mật độ Mn hoμ tan trong cột n‡ớc đ‡ợccung cấp bởi sự hoμ tan t‡ơng đối của những phân tử oxit chìm xuống, vμkhông từ các trầm tích Điều ng‡ợc lại, nh‡ một kết quả của sự tăng liên tục của mật độ Mn hoμ tan trong tầng n‡ớc hồ sâu, Mn khuếch tán trở lại trầm tích trong suốt thời gian còn lại của giai đoạn phân tầng

Hình 8.3 Sự thay đổi cùng với độ sâu n ‡ớc của phân huỷ 137 Cs vμ sự tập trung Fe, cũng nh ‡ nhiệt độ

vμ ôxy hoμ tan, trong Esthwaite Water, Anh, ngμy 27/8/1986 trong suốt thời kỳ của sự phân tầng mùa

hè , sau đó lμ sự lắng đọng trong khí quyển của vụ nổ Chernobyl xuất phát từ 137 Cs trong tháng 5/1986 (Davison cùng cộng sự 1993)

Những nguy cơ dựa trên một mình profile cột n‡ớc khi có thể lμm sáng tỏ sự giải phóng từ chất trầm tích đáy lμ rõ rμng bởi hμng loạt profile thẳng đứng có liên quan trong Esthwaite Water (Hình 8.3) Những profile nμy thu đ‡ợc trong suốt giai đoạn phân tầng của mùa hè sau đó lμ bằng chứng đ‡ợc cung cấp bởi

vụ nổ Chernobyl bắt nguồn từ các nuclit phong xạ xung quanh vμo ngμy 6 tháng 5 năm 1986 (Davison cùng công sự 1993) Nghiên cứu ban đầu của profile đ‡ợc đề xuất lμ nguyên nhân liên kết giữa sự tập trung 137Cs cao d‡ới 11

m vμ sự phân huỷ sắt trong n‡ớc d‡ới đáy khử ôxy, kết quả đ‡ợc biết đến từ sự

khuếch tán chất trầm tích đáy.

Tuy nhiên, mô hình chặt chẽ của một loạt thời kỳ tập trung 137

Cs của n‡ớc d‡ới

đáy vμ bề mặt trong hồ đ‡ợc biết đến nh‡ lμ độ muối của 2 profile lμ trùng khớp (Davison cùng cộng sự 1993) Ban đầu 137Cs lμ đầu vμo trong ngμy 6 tháng 5 xuất hiện tr‡ớc khi phân tầng đến mức 137Cs đã xáo trộn đồng nhất qua hồ Sau đó, 137

Cs tập trung trong bề mặt n‡ớc xáo trộn tốt đã từ từ giảm bớt bởi dòng n‡ớc ngang, lọc bởi các phần tử, vμ khuếch tán có thể xảy ra trong chất trầm tích đáy, trong khi đó sự tập trung 137

Cs ở tầng n‡ớc hồ sâu đã ảnh h‡ởng ít bởi các tiến trình nμy, vì vậy đã quan trắc đ‡ợc profile của 137Cs tronglớp hoạt động mạnh

8.4.2 Bằng chứng về có một ít hoặc không có thông l€ợng khuếch tán

từ chất trầm tích

Dấu vết của các nguyên tố th‡ờng đ‡ợc trình bμy để chứng minh có một ít hoặc không có sự liên kết vận chuyển khuếch tán từ chất trầm tích vμo trong cột n‡ớc Nhiều nghiên cứu căn cứ vμo profile cột n‡ớc vμ n‡ớc mao dẫn vμ tại

vị trí đặt dụng cụ đo chìm xuống đã cho thấy không trực tiếp giải phóng Cu, Pb

vμ Zn từ chất trầm tích trong hồ khi Mn vμ Fe đã đ‡ợc giải phóng, vì chất khử

đã phân huỷ ôxy của chúng (Drake vμ Ackerly 1983; Pedersen 1983; Sakata1985; Sigg cùng cộng sự 1987; Morfett cùng cộng sự 1988; Morfett 1988; Santschi 1989) Những ghi nhớ nμy th‡ờng đ‡ợc cho lμ do sự kết tủa của sulphide kim loại ở độ sâu (Pedersen 1983; Morfett cùng cộng sự 1988)

Hình 8.4 trình bμy sự tập trung của Fe, Cu vμ Zn phân huỷ tại mặt phân giới giữa n‡ớc - chất trầm tích tháng 7 vμ tháng 10, bao bọc bởi giai đoạn trễ của sự phân tầng mùa hè, ng‡ợc lại, mùa đông xáo trộn trong mùa thiếu ôxy của Esthwaite Water Trái ng‡ợc với trình bμy sự huy động lại tập trung Cu vμ Zn

lμ ít quan trọng hơn trong suốt thời kỳ thiếu ôxy (tháng 8 vμ đầu tháng 9), nó quy cho lμ do sự kết tủa sulphide (Morfett cùng cộng sự 1988)

Không đủ để chứng minh nguyên tố giải phóng từ chất trầm tích có thể tr‡ớckia đã bị lạc h‡ớng, tuy nhiên, khi giải phóng nguyên tố có thể đủ xáo trộn rất nhanh qua cột n‡ớc mμ không khoanh vùng tăng lên trong sự tập trung, có thể

bị phát hiện Do đó, Sự tích tụ của các nguyên tố ở vùng n‡ớc sâu có thể kết quả hoμn toμn từ sự phân tán h‡ớng lên trên giảm trong suốt thời kỳ phântầng (Sholkovitz 1985)

Ví dụ, Davison cùng cộng sự (1982) đề xuất rằng Mn đ‡ợc giải phóng từ chấttrầm tích của Esthwait Water liên tục trong năm, tuy nhiên những đề xuấtnμy không rõ rμng để lμm nổi bật n‡ớc d‡ới đáy trong mùa đông, vì xáo trộntheo chiều thẳng đứng nhanh suốt thời gian nμy trong hồ

Hình 8.4 Sự tập trung phân huỷ của Fe, cu vμ Zn tại mặt phân giới n‡ớc - chất trầm tích trong Esthwaite Water, Anh, giữa tháng 7 vμ tháng 12 năm 1986 Thời kỳ bao gồm trạng thái phân tầng muộn nhất trong mùa he.

8.4.3 Sự huy động lại tạm thời

T‡ơng phản với sự biến đổi theo mùa trong sự tập trung, khi đ‡ợc xem xét cùng với Fe vμ Mn trong nhiều hồ, có một vμi bằng chứng với giả thuyết rằngvết tích tập trung kim loại đ‡ợc biểu lộ khác nhau tồn tại trong một thời gian ngắn (ngμy hoặc tuần), vùng cực đại ở tại mặt phân giới giữa n‡ớc vμ chất trầm tích Morfett cùng cộng sự (1988) nghiên cứu sự tập trung kim loại trongmiền phân giới của bề mặt chất trầm tích của Esthwaite Water có số l‡ợngt‡ơng đáng kể Zn, vμ đối với phạm vi nhỏ hơn của đồng, đ‡ợc trình bμy thoáng qua giá trị lớn nhất xấp xỉ 1 cm ở trên mặt phân giới n‡ớc - chất trầm tích, cùng những liên kết nμy đối với sự thay đổi thời gian trong tốc độ thay thế của hạt kim loại, qua quá trình lắng đọng chất trầm tích, vμ trong tỷ lệ xáo trộnthẳng đáng trong cột n‡ớc (xem phần 6.3 với những thảo luận chi tiết hơn) Morfett (1988) mặc dù thực hiện một chuỗi các thí nghiệm có liên quan tr‡ớc

đó, cùng chất trầm tích tự nhiên của Esthwaite vμ n‡ớc đã bị lôi cuốn tới điều kiện môi tr‡ờng giả có thể xảy ra Một quan trắc chủ yếu đã cho thấy sự giải phóng nhanh của sự phân huỷ dấu vết kim loại khi chất trầm tích chịu sự ôxihoá khử quá giới hạn (ôxi tới thiếu ôxi), trong khi không phát hiện ra kim loại (Zn, Cd hoặc Pb) sự huy động lại th‡ờng xuất hiện từ hạt nhân cố định tr‡ớcd‡ới điều kiện ôxi hoặc thiếu ôxi khác Sự giải phóng tạm thời đ‡ợc quy cho lμ

đối với sự phân huỷ hạt của một giai đoạn ôxi hoá khử tr‡ớc khi hình thμnh

đáng kể kim loại xuất hiện (Zn, Cr, Cd vμ Pb) tăng v‡ợt quá phạm vi nhỏ hẹp ở

độ sâu khoảng 1,5 cm hoặc hạn chế đối với mặt phân giới chất trầm tích trong

2 hồ thμnh phố Những sự tăng nμy xuất hiện trong vùng lân cận của việc tạo

ra gradient phản ứng ôxi hoá khử vμ mặc dù chúng đã đ‡ợc liên kết bởi những nhân tố khác đối với việc huy động trở lại chất khử của ôxít Fe vμ Mn, t‡ơng tự

kĩ thuật cung cấp cơ bản không thể bị loại trừ

8.4.4 Thông l€ợng khuếch tán vμo trong chất trầm tích

Có sự xuất hiện của một số tr‡ờng hợp giải phóng đối với điều kiện phản ứng

ôxi hoá khử ở d‡ới mμ nguyên tố khuếch tán từ lớp n‡ớc phía trên vμo trong chất trầm tích Sự khuếch tán đi xuống của Mn trong suốt phần phía sau của thời kỳ phân tầng trong một vμi hồ có mùa thiếu ôxi đã đ‡ợc thảo luận (xem phần 4.1) Một ví dụ khác quan trọng lμ sự liên kết ảnh h‡ởng của pH trong nguyên tố tác động Sự axít hoá hồ th‡ờng lμ kết hợp cùng với sự tập trung kim loại cao trong cột n‡ớc, vμ trả lời có hay không có sự axít hoá chì đối với sự phải

stner

trí trung gian (Santschi cùng cộng sự 1986) cả hai đều chắc chắn chỉ ra rằng có

sự giải phóng kim loại (ví dụ, Zn vμ Co) từ chất trầm tích ô nhiễm có thể mang lại một khoảng nhỏ d‡ới nồng độ pH thấp của lớp n‡ớc phủ phía trên Thêm vμo, profile tổng l‡ợng kim loại trong chất trầm tích của hồ có tính chất axít

t cho th ập trun suy yếu trong lớp cao nhất, mμ trong một vμi

t‡ơng phản đã đ‡ợc tìm thấy, tại vị trí profile n‡ớc mao dẫn đ biết đến

d‡ới vμo trong chất trầm tích xuất hiện theo quy tắc cho tỷ lệ của kim loại, đặc biệt nhất lμ trong hồ có tính axít (hình 8.5, Pederson 1983; Carignan vμ Nriagu1985; Carignan vμ Tessier 1985; Tessier cùng cộng sự 1989; Pedersen cùng

phóng kim loại từ chất trầm tích đáy đã gây ra sự chú ý đáng kể (For

c ự 1993) ng phản y g

vμ Cd (Carignan vμ Tessier 1985; Tessier cùng cộng sự 1989; Pedersen cùng cộng sự 1993; tất cả tham khảo ở phần 6.3) Trầm tích lắng xuống lμ do chủ yếu bởi kết tủa sulphide, nh‡ng dù sao có thể đó tác động lên việc sinh ra kiềm

mμ kèm theo đó lμ sự phân huỷ vật chất hữu cơ kỵ khí Do đ

nhiên gradient pH ngang qua mặt phân giới n‡ớc - chất trầm tích của hồ có tính axít (hình 5) có thể kết quả lμ tăng sự hút bám vμ có thể

chất dạng gibbsit trong chất trầm tích (Carignan vμ Nriagu 1985) Sự phân

 2 4

SO

Thông l‡ợng khuếch tán có thể lμ nhân tố chính biểu thị trong số hạng củaphép đo tốc độ tích luỹ của kim loại trong chất trầm tích, vμ bởi vậy sẽ có hiệulực ảnh h‡ởng quan trọng tới profile chất trầm tích vμ một vμi giải thích sau đó ghi nhận sự lắng đọng của kim loại xuất hiện trong hồ Những thông l‡ợng đặc biệt nμy có thể đ‡a phần nμo giá trị cực đại của kim loại xuất hiện ở bề mặt hoặc sát mặt trong chất trầm tích (xem profile của Cu vμ Ni trong hình 8.5) mμcho rằng đã có tr‡ớc đây đối với sự thay đổi tr‡ớc trong đầu vμo lμ sự tác động của con ng‡ời hoặc đối với axít di chuyển vμo trong cột n‡ớc (Carignan vμ Nriagu 1985) Cũng nh‡ sự có hiệu lực của việc lμm giảm chất trầm tích, trong một số tác động xuất hiện kim loại chìm xuống theo h‡ớng nμy, nó đã đ‡ợch‡ớng dẫn bởi Pedersen cùng cộng sự (1993) đối với nghiên cứu trên việc sử dụng khác nhau khi vị trí có sự dự trữ lâu dμi cho cặn của rác thải mỏ

ý xem xét lý do có thể xảy ra gián tiếp khác nhau giữa phòng thíhững thí nghiệm trung gian, bao gồm sự lọc kim loại vμ huy động

i vị

g gian đã tác động lμm xáo trộn hệ thống kín, đ‡a ra điều kiện trạng thái không bền vững Trong những axít vμ bazơtrung gian đã thêm vμo vμ điều kiện quan trắc trong cùng thí nghiệm đơn le khoảng 90 ngμy Trên thực tế điều kiện hồ đã đạt đ‡ợc "trạng thái tự nhiên" v‡ợt quá giai đoạn của năm trong một hệ thống mở Sự tập trung kim loạit‡ơng đối cao trong cột n‡ớc có thể có những điểm đặc tr‡ng của n‡ớc có tính axít đi vμo trong hồ, vμ ngoμi ra t‡ơng ứng với sự xuất hiện kim loại thấp hơn

đ‡ợc lọc bên trong cột n‡ớc, hơn nữa thu đ‡ợc kết quả của việc huy động lại từ chất trầm tích Mặc dù đạt giá trị lớn trong việc chuẩn bị chu đáo của những tiến trình sinh địa hoá học vμ vận chuyển có thể xảy ra, một vμi miêu tả khác nhau cao của giới hạn có thể xảy ra trong tính gần đúng của thí nghiệm khi cố gắng ứng dụng kết quả nμy vμo vị trí xác định

Nó đ‡ợc chú

nghiệm vμ n

trở lại của sự axít hoá, vμ quan sát profile n‡ớc mao dẫn trong hệ thống tự nhiên, mμ cho thấy sự di chuyển kim loại vμo trong chất trầm tích Đối với sự nhân biết của chúng có một ít trên thực tế hoặc không có dữ liệu mμ giải thích

rõ rμng sự lọc kim loại từ trầm tích hồ d‡ới điều kiện tự nhiên Nó có thể lμ ở d‡ới điều kiện thích hợp đối với những thí nghiệm lọc kim loại thú vị sẽ xảy ra Nh‡ một sự lựa chọn, nó có thể vốn có sự khác nhau giữa thí nghiệm vμ tạtrí tự nhiên, cũng nh‡ sự vắng mặt của khử sulphate vμ kết tủa sulphide trong thí nghiệm hoặc khác nhau trong các nhân tố thuỷ lực Trong phòng thínghiệm vμ những thí nghiệm trun

nghiên cứu

Phần 8.5 vμ phần 8.6 cung cấp hμng loạt những tr‡ờng hợp nghiên cứu đ‡ợclựa chọn trên cơ sở về bản chất của chúng vμ có giá trị về chất l‡ợng dữ liệu tốt Tiêu chuẩn chất l‡ợng đã đ‡ợc sử dụng trong kĩ thuật lμm sạch thuộc hải d‡ơng học hoặc tính bền vững trong địa hoá học, v v., dữ liệu lμ t‡ơng đối phù hợp vμ có khuynh h‡ớng trình bμy chặt chẽ mμ có thể liên quan tới tiến trình

sinh địa hoá học đã biết Bảng 8.1 tóm tắt một vμi đặc điểm chủ yếu của một vμi chất hoá học có tính ôxi hoá khử trong hồ vμ dấu hiệu của các nguyên tố, mặc dù đã cung cấp một vμi lời chú giải Nội dung trong bảng 8.1 phản ánh sựquan sát vμ giải quyết chính của việc trích dẫn tμi liệu, hơn lμ sự trình bμy bμohμm toμn diện các đặc tr‡ng sinh địa hoá học.

8.5.1 Asen

Cullen vμ Reimer đã tổng kết lại một cách chi tiết các tμi liệu về kết tủa Asen trong môi tr‡ờng Các tiến bộ đáng kể ngμy nay đã đ‡ợc tạo ra trong vòng những năm trở lại đây trong suy nghĩ của chúng ta về chu trình hoá sinh học của Asen tại các hồ Phần lớn các tiến bộ nμy tập trung trong các nghiên cứu của Aggett vμ cộng sự tại hồ Ohakuri, New Zealand, một hồ có thể có sự yếm khí theo mùa, th‡ờng l‡ợng As cung cấp lμ không cao bắt nguồn từ các nguồn nhiệt địa

Bảng 8.1 Đặ điểm quá trình ôxi hoá khử chủ yếu của kim loại đ‡ợc chọn, á kim, vμ nuclít phóng xạ trong hồ

Quan sát sự thay đổi cột n€ớc Tham

khảo

As Trực tiếp Fe vμ có thể lμ

ôxít Mn cho sulphide As(V);

As(III) hoặc hỗn

Arsenate, arsenite, monomethylarsonate , dimethylarsenate

Tổng l ‡ợng As th‡ờng tăng trong

n ‡ớc mao dẫn vμ hypolimnion trong suốt mùa thiếu ôxy; sự giải

1-4

phóng từ chất trầm tích lμ quan trọng; As(V) o As(III) trong sự thiếu ôxy; phản ứng ôxi hoá khử thực sự không cân bằng; quang trọng dạng của methyl: có thể chi phối mùa trong tầng có ánh sáng hợp sulphide

Ba Gián tiếp ô xít Mn vμ sắt,

BaSO4, chất hữu

cation Ba(II) vμ loại trung tính

Sự rút cột n‡ớc kết hợp cùng với

sự hút bám đối với ôxít Mn;

ặc biệt của sự tích luỹ hypolimnion trong mùa thiếu

trung tính; phức hệ chất hữu cơ- I)

μi biến khác thể khỏi tầm nhìn d ‡ới điều kiện mùa

ếu ôxy; có m liên với sự phân phối chất dinh Cd(I

Sự suy yếu trong mùa th hầu nh ‡ kết hợp cùng với Cr(VI) Cr(VI)-ôxít sắt;Ch iếu ôxy8, 13, 15

Cr(III) th ‡ờng lμ phần tử phản ứng

o Cr(III)

137 Cs Gián tiếp Cs + Một vμi tích luỹ hypolimnion

trong mùa thiếu ôxy

12, 16, 17

Cu Gián tiếp ôxít sắt vμ Mn,

vật chất hữu cơ, sulphide

cation Cu(II) vμ loại trung tính; phức hệ chất hữu cơ-Cu(II);

có thể giảm bớt tới

Một vμi nhân tố khác: có thể trình bμy một vμi tích luỹ hypolimnetic, vì l

Cu(I) d ‡ới anoxia, ví

hypolimnion trong mùa thiếu ôxy 24

8,

22-210 Po Trực tiếp Vật chất hữu cơ

vμ ôxít Mn

Po(IV)-Po)II) Sự tích luỹ hypolimnion trong

mùa thiếu ôxy

22-23

Pu Trực tiếp ô xít sắt; vật chất

hữu cơ

Pu(VI)

Pu(III)-Pu(IV)-Pu(V)-Rõ rμng sự tích luỹ hypolimnion trong mùa thiếu ôxy gián tiếp trong một vμi tr ‡ờng hợp, nh‡ng

Se Trực tiếp ôxít Fe vμ Mn;

nguyên tố Se vμ kim loại Selenua

d ‡ới điều kiện giảm tính chất bền vững

Selenate, selnite, vμ những dạng chất hữu cơ khác (bao gồm pha metanola)

Sự suy yếu trong Selenite vμ selenate trong hypolimnion thiếu

ôxy cho rằng ở đúng chỗ của nó sự khử đối với các hạt nguyên tố Se;

tr‡ờng hợp gián tiếp của việc giải phóng từ chất trầm tích

12, 31

29-Zn Gián tiếp Vật chất hữu cơ,

ôxít Mn vμ Fe, sulphide

cation Zn(II) vμ loại trung tính

Ví dụ lμm tăng vμ suy yếu sự tập trung d ‡ới điều kiện thiếu ôxy

8, 12, 19-21, 32-35

Đặc điểm chính trong chu trình tuần hoμn của Asen đó lμ nó có thể xẩy ra trong hai trạng thái oxy hoá chung khác nhau: As(III) vμ As(V), biểu hiện của

nó có liên hệ rất chặt với Fe vμ sự gia tăng kém hơn đối với Mn oxit, vμ nó có

thể chịu sự cung cấp các nhân tố sinh học vμ quá trình metyl hoá Th‡ờngtrong hμm l‡ợng Asenate hoμ tan xảy ra với các anion khác nhau nh‡

vμ vμ còn asenite nh‡ dạng trung tính As(OH)3 Cả hai dạng oxy hoá của As(III) vμ dạng khử của As(V) có thể đ‡ợc thu nhận từ các vị trí đo đạc (Freeman vμ các cộng sự 1986, Cullen vμ Reimer 1989)

Dạng As vμ Fe hoμ tan tại hồ Okahuri trong suốt pha yếm khí theo mùa minh hoạ cho rất nhiều yếu tố quan trọng của các nhân tố điều khiển (Hình 8.6) Sự giải phóng hoμ tan của As từ trầm tích vμ sự lμm giμu hệ quả của nó tại tầng n‡ớc yếm khí trên rất có thể lμ do các phản ứng khử hoμ tan của Fe vμ Mn oxit Fe oxit th‡ờng đ‡ợc nghĩ lμ pha chính của các chất mang vμ sự hấp thụ

As chủ yếu lμ d‡ới dạng Asenate

Các thông tin chi tiết hơn cho thấy lμ có giá trị trong dạng tự nhiên của As(V) tái tập trung từ các Fe oxit bị khử xuống As(III) vμ do đó cả hai dạng oxi hoá

đều bắt gặp hoμ tan từ các tầng trầm tích yếm khí của hồ Okahuri (Hình 8.6)

Sự thật lμ không phải toμn bộ l‡ợng As(V) tái huy động đều bị khử từ As(III) tại các điểm thiếu oxy vμ các tầng n‡ớc trên thể hiện rằng tốc độ phản ứng khử

lμ t‡ơng đồng với với tốc độ vận chuyển hấp thụ

Vì vậy, sự khử As nằm trong tốc độ giới hạn Kuhn vμ Sigg (1993) cho rằng sựkhử của As(V) hoμ tan sang As(III) tầng n‡ớc d‡ới yếm khí của Greifesee, Thuy Sỹ, lμ các hợp chất hoá học trong tự nhiên với S(-II) phần lớn d‡ thừa Chu trình oxy hoá khử của Asen có liên hệ với quá trình hoμ tan khử của Fe oxit cũng diễn ra tại nơI mμ bề mặt oxy hoá khử nằm bên trong các cột trầm tích Trong các hồ giμu Mn, Mn oxit có thể thực hiện nh‡ lμ chất v‡ợt trội hay

ít nhất cũng lμ chất ‡u thế, chất hấp thụ của As(V) (Takamatsu cùng cộng sự 1985; Anderson vμ Bruland 1991)

Mn vμ dạng Fe oxit vô định hình cũng xuất hiện đóng một vai trò quan trọng nh‡ lμ các yếu tố oxy hoá trong các quá trình oxy hoá nhanh của As(III) Kết quả lμ hợp chất vô cơ As(III) thể hiện trong môi tr‡ờng n‡ớc thiếu oxy cũng sẽ

bị oxy hoá bởi Fe hoặc Mn oxit trong suốt quá trình vận chuyển khuếch tán của chúng qua các tầng oxy hoá bên d‡ới hay theo chiều đảo ng‡ợc của cột n‡ớc

Điều nμy rất có thể nhận đ‡ợc hiệu quả nhất khi các chất oxy hoá xảy ra trên

bề mặt trầm tích hơn lμ ở d‡ới các tầng n‡ớc do tốc độ khuếch tán thấp hơn vμ nồng độ chất oxy hoá cao hơn Kuhn vμ Sigg (1993) cung cấp sự chuyển dạng của phần đáng kể của As(V) sang As(III) tại Greifensee theo sự đảo ng‡ợc tới các hoá chất oxy hoá tại bề mặt của các phân tử Mn oxit lơ lửng

Thực nghiệm vμ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm chỉ ra rằng d‡ới môi tr‡ờng yếm khí th‡ờng có sự hình thμnh nguyên gốc các phân tử As(III) nh‡ngkết quả lμ nồng độ giảm dần theo độ sâu hay theo thời gian Sự chuyển dịchnμy th‡ờng củng cố ít nhất lμ bên trong trầm tích cho tới sự kết tủa của As2S3hay sự hoμ trộn Fe- As sunfit th‡ờng xuất hiện d‡ới dạng quá bão hoμ(Batterson vμ McNabb 1983; Aggett vμ O'Brien 1985; Seyler vμ Martin 1989)

 4

2AsO H

Hình 8.6: Phân bố thẳng đứng của As vμ Fe hoμ tan oxy hoá khử tại các cột n‡ớc vμ các vùng n‡ớc kẽ của hồ Okahuri, New Zealand, trong suốt quá trình phân tầng voμ mùa hè vμ sự yếm khí của tầng n‡ớc trên ( Freeman vμ các cộng sự 1986)

Nồng độ liên kết của As(V) vμ As(III) th‡ờng không xuất hiện ở trạng thái cân bằng hoá học, cho rằng nồng độ quan sát đ‡ợc tạo ra từ các cân bằng động lực giữa các quá trình sinh địa hoá vμ vận chuyển khác nhau Một ví dụ khác của

sự mất cân bằng lμ sự không trông đợi nồng đọ tăng cao can l‡ợng As hoμ tan quan sát đ‡ợc tại các bề mặt n‡ớc đ‡ợc oxy hoá dễ dμng của hồ Ohakuri vμ Greifensee suốt ít nhất lμ một phần của giai đoạn xuân - hè vμ đóng góp cho cả các quá trình sinh học

Tại Greifensee sự tăng c‡ờng nồng độ As(III) đ‡ợc dẫn tr‡ớc bởi quá trình rút hết As(V) hoμ tan ở tầng n‡ớc d‡ới do l‡ợng tảo hấp thụ cùng với photphat Freeman vμ cộng sự (1986) trình bầy một thí nghiệm trong đó d‡ới môI tr‡ờnghiếu khí trộn lẫn với các môi tr‡ờng vi sinh vật có thể không những chỉ oxy hoá As(III) thμnh As(V) mμ còn khử As(V) về As(III) tính hợp lý sinh thái của quá trình khử vi sinh vật của As(V) đã đ‡ợc giải thích trong các giới hạn can quá trình giẩi độc nhằm mục đích tránh các hậu quả của sự phối hợp của asenate thay thế cho phot phat

Một ngoại lệ cho quy luật nói trên về sự mất cân bằng của các loại chu trình As

đ‡ợc cung cấp bởi hồ Mono, California (Maest cùng cộng sự 1992) Cấu trúc nμy đ‡ợc quan sát thấy vμo năm 1986 (Hình 8.7) từ một giai đoạn 1984-1988

hiện nhằm liên kết các biểu hiện của As(V) qua đó đạt đ‡ợc giới hạn phát hiện tr‡ớc với độ sâu ở vùng oxy hoá tại hồ Mono.

Hình 8.7 Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của Eh, ôxy hoμ tan, sulphide vμ sự phân huỷ Fe vμ As theo kiểu ôxi hoá khử trong cột n ‡ớc nửa phân tầng vĩnh cửu, độ muối cao, kiềm trong hồ (hồ Mono) tại California (Maest cùng cộng sự 1992)

Điều nμy đ‡ợc đánh giá trái ng‡ợc với các tr‡ờng hợp quan sát đ‡ợc thông th‡ờng hơn khi mμ As(V) cũng nh‡ As(III) thể hiện sự khuếch tán từ các tầng trầm tích bên d‡ới Sự khác biệt nμy có thể liên quan đến dạng thời gian trái ng‡ợc của hai hệ thống (ví dụ nh‡: yếm khí bán thời gian vμ yếm khí theo mùa) Quan trọng hơn nó còn thể hiện sự liên quan với sự thiếu hụt của nguồn As(V) tại độ sâu can hồ Mono mμ ở hồ Okahuri nó lμ do quá trình tái tập trung khử dần của Fe oxit tại bề mặt oxy hoá của trầm tích Fe oxit có xu h‡ớng đ‡ợc

thể hiện v‡ợt quá tầng trầm tích của các hồ yếm khí theo mùa do đó dòng trông đợi một vμi cung cấp tiếp tục qua sự trầm tích hoá

Tồn tại một bằng chứng mâu thuẫn lâu dμi cho sự tồn tại của dạng methyl hoá của As trong môi tr‡ờng n‡ớc sạch tự nhiên Không có bất cứ l‡ợng methyl hoá Asen nμo có thể đ‡ợc tìm thấy tại các cột n‡ớc vμ các hố trầm tích tại hồ Okahuri hay trong cả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với lμm nhiễm bẩn trầm tích bằng As tại các hồ nhân tạo Một nghiên cứu toμn diện về As methyl hoá gần đây đã đ‡ợc hoμn thiện trong các nghiên cứu địa ph‡ơng của bề mặt

hồ vμ các vùng cửa sông đ‡ợc tạo ra cùng với các nghiên cứu chi tiết hơn về sự kết tủa As tại các hồ yếm khí theo mùa ở California

Vùng bề mặt hồ thử nghiệm tất cả đều chỉ ra nồng độ tập trung As methyl hoá,ngoại trừ hồ Mono L‡ợng rất nhỏ As methyl hoá cũng đ‡ợc tìm thấy tại Greifensee Anderson vμ Bruland cho rằng sự vắng mặt lâu dμi của As methyl hoá tại hồ Mono có thể lμ do nồng độ rất cao l‡ợng As vô cơ có thể lμm đổi h‡ớng sự phân tích các nồng độ rất nhỏ của các dạng đ‡ợc Methyl hoá Một hồ tính kiềm khác chỉ ra nồng độ As methyl hoá cao thứ hai trong tất cả các vùng n‡ớc đ‡ợc nghiên cứu, dù điều nμy chỉ liên quan tới 1% tổng l‡ợng As Tại hồ nhân tạo David Creek acid di methyl asenic tăng lên trở thμnh dạng chiếm ‡uthế trong các dạng As hoμ tan tại bề mặt vùng đ‡ợc chiếu sáng trong suốt từ cuối mùa hè đến mùa thu Theo sự biến đổi các dạng methyl hoá giảm đi đồngthời dạng asenate tăng lên đ‡ợc cho lμ do có sự phân huỷ can acid Dimethylarsenic thμnh asennate Tại hồ Greifensee các hợp chất vô cơ vμ Asen đ‡ợcmethyl hoá chỉ chiếm khoảng 50% tổng l‡ợng As hoμ tan Số còn lại không thểnhận biết chỉ bởi các kỹ thuật hydrua lần l‡ợt trực tiếp vμ đ‡ợc cung cấp cho các hợp chất sống lớn hơn

8.5.2 Crôm

Địa hoá học của Cr trong môi tr‡ờng n‡ớc mới đ‡ợc tổng kết gần đây bởi Rai vμ Richard vμ Borug (1991) Hai dạng oxy hoá Cr(III) vμ Cr(VI) rất nhiều trong các nguồn n‡ớc tự nhiên Loại đặc biệt quan trọng nhất có dạng Cr (III) hoμtan lμ CrOH2+

ở d‡ới pH = 6.3 vμ Cr(OH)3 ở pH cao hơn trongkhi đối với Cr(VI)

đó lμ vμ Các phản ứng oxy hoá khử trung gian đựoc nhấn mạnh trong các tμI liệu đã đ‡ợc đề cập tr‡ớc đó mμ không có bất cứ điều gì liên quantới các ảnh h‡ởng của vi sinh vật Cr(VI) bị khử rất nhanh bởi Fe(II) vμ sunfit Các vật chất hữu cơ bao gồm cả hợp chất nhân tạo cũng lμ tác nhân bổ trợ hiệu quả Các thử nghiệm tiến hμnh trong phòng thí nghiệm chỉ ra rằng Mn oxit lμ tác nhân oxy hoá quan trọng nhất cùng với luợng oxy hoμ tan không rõ tácdụng Cr(III) cũng sẵn sμng đ‡ợc phân giải bởi các phân tử hơn ngoại trừ điều kiện có thể xảy ra tại pH thấp vμ thể hiện đặc tính hấp thụ rõ rệt nh‡ kim loại Anion Cr(VI) bị hấp thu chậm hơn cùng với Fe oxit đ‡ợc coi nh‡ lμ pha chất mang quan trọng nhất

khuếch tán từ các trầm tích vẫn tiếp tục qua sự oxy hoá cho dù vẫn có thể



4

Hai nghiên cứu gần đây về quá trình yếm khí theo mùa tại các hồ cung cấp dẫn chứng chi tiết nhất về chu trình Cr trong các hệ thống hồ Hình 8.8 chỉ ra hình

ảnh thẳng đứng của các dạng Cr đ‡ợc xác định bởi Johnson vμ cộng sự TạiGreifensee, Thuỵ Sỹ trong quá trình phân tầng trộn lẫn vμ cao hơn nữa Cr(VI)

lμ một dạng hoμ tan nhiều khả năng d‡ thừa trong suốt cả năm, trong khiCr(III) có sự biến đổi khó đoán tr‡ớc có thể lμ do sự lọc hữu hiệu của nó Tổng l‡ợng Cr hoμ tan (đ‡a ra ở hình 8.8) cũng đ‡ợc đo đạc qua quá trình lọc nh‡ng

sự v‡ợt mức Cr(VI) chỉ diễn ra sự khử mạnh mẽ tại các đáy n‡ớc trong quá trình phân tầng Sự v‡ợt trội nμy đ‡ợc củng cố bởi sự xuất hiện của các hoá chất keo Cr(III)

Tổng l‡ợng Cr đ‡ợc đánh giá bởi sự pha loãng một phần acid mμ không có sự lọc tr‡ớc vμ thể hiện sự tăng kích th‡ớc phân tử Cr > 45 Mm phía trên tầng trầm tích ngay tr‡ớc vμ khi có sự giải phóng Fe(II) vμ S(II) có thể có liên hệ với

sự giẩi phóng Cr(III) từ lớp trầm tích do Fe oxit bị khử Điều nμy chỉ xảy ra tại

vị trí mμ S(II) vμ Fe(II) bắt đầu đ‡ợctích luỹ tại tầng n‡ớc trên vμ lμm gia tăng l‡ợng chất keo vμ các phân tử Cr cũng nh‡ sự giảm nồng độ Cr(VI) hoμ tan cung cấp những dấu hiệu tốt của sự khử Cr(VI) thμnh Cr(III) Dựa trên các mốiliên hệ trên vμ các kết quipả can các nghiên cứu cơ bản Johnson vμ cộng sự đã

đ‡a ra kết luận rằng sự khử Cr(VI) tại hồ Greifensee diễn ra do các phản ứng cơ bản với S(II) vμ Fe(II) mμ không phải với bất cứ hợp chất hữu cơ nμo khác.Tuy nhiên, Ngay cả khi hiện t‡ợng yếm khí rất hay xẩy ra tại các hồ vμ trong các thí nghiệm, phần lớn l‡ợng Cr còn lại có thể trông chờ vμo trong các kết quả tr‡ớc đây d‡ới tác động của S(II) vμ Fe(II) nh‡ lμ các chất khử

Thêm vμo các quan sát trên, l‡ợng Cr(VI) hoμ tan tại Greifensee thể hiện các thay đổi có tính hệ thống qua các giai đoạn nghiên cứu qua đó cho thấy sự biến

ử vết Tại vùng trung tâmELA có thêm nhiều các phản ứng hoạt hoá phân tử Cr (III) đ‡ợc vận chuyển từ dạng hoμ tan nhanh hơn so với Cr(VI) thông qua qúa trình lọc bởi các vật chất sinh học

Tuy nhiên, sự không xuất hiện của cả hai dạng oxy hoá khử từ dạng hoμ tan cao hơn so với các suy đoán thử nghiệm thu nhận tr‡ớc đó với bề măt trầm tích Santschi cho rằng sự tăng c‡ờng hấp thu Cr(VI) có thể liên quan tới phản ứng khử quang hoá bởi các hợp chất hữu cơ hoμ tan tự nhiên nhằm tạo ral‡ợng nhiều hơn các phân tử Cr(III) hoạt hoá Sigg cũng đ‡a ra kết luận rằng

đổi chậm chạp can nó trong lòng hồ Điều nμy đ‡ợc xây dựng có tính hợp lý vμ rất thμnh công bởi sự quan sát tổng l‡ợng vμo vμ ra của mỗi con sông, vận chuyển thẳng bởi sự khuếch tán qua các cột n‡ớc xoáy vμ tỷ lệ duy trì cao nhất

đo đếm đ‡ợc cho phản ứng lọc Johnson kết luận rằng các phản ứng lọc có hoặc không thể liên quan tới sự chuyển dạng oxy hoá khử

Tốc độ bền vững phù hợp nhất lμ 0.005 r 0.002/ngμy đ‡ợc tìm thấy khá t‡ơng

đồng với hằng số bền vững bắt nguồn từ các thí nghiệm trung gian thích hợp trong khu vực thực nghiệm hồ (ELA) nằm phía bắc Ontario trong đó Cr(VI) vμ Cr(III) tách riêng biệt đ‡ợc sử dụng nh‡ các phân t

vật chất sinh học tự nhiên lμ rất quan trọng trong quipá trench lọc can Cr tại

hồ Zurich dựa trên hμng loạt các số liệu nghiên cứu về các điểm thu trầm tích Sản phẩm của các phản ứng quang hoá của Cr(III) hoμ tan gần đây mới đ‡ợc

đề cập tới tại các vùng bề mặt các hồ dựa trên các quan sát tổng thể của chutrình oxy hoá khử của các dạng Cr, c‡ờng độ rất nhỏ vμ nồng độ hydrogenperoxit vμ do các thí nghiệm quang phân tích có điều khiển Các tác giả còn nhận ra rằng, tuy nhiên các ph‡ơng pháp sử dụng cho phân tích Cr(III) hoμ tan lμ mục đích của sự giao thoa với Cr dạng keo

Hình 8.8 Profile thẳng đứng của Cr vμ các loại khác nhạy với phản ứng ôxi hoá khử trong cột n‡ớc cảu Greifensee, Thuỹ Sỹ Profile khác nhau đ ‡ợc trình bμy cho sự phân huỷ Cr(VI), tổng l‡ợng phân huỷ Cr(Cr lọc) vμ tổng l ‡ợng Cr; sự phân huỷ Cr(III) luôn luôn đ‡ợc phát hiện ở d‡ới Một loạt profile cao hơn đ‡ợc quan trắc trong suốt thời kỳ xáo trộn vμ loạt thấp hơn ở độ cao của lớp n‡ớc hồ sâu thiếu

ôxi, trong suốt thời kỳ phân tầng mμ muộn nhất từ tháng 5 cho tới đầu tháng 12 (Johnson cùng cộng

sự 1992)

Trong nghiên cứu về hồ Sammamish, Washington, Balistrieri đo đạc l‡ợng Crhoμ tan vμ phân tử Cr nh‡ng không có hai dạng oxy hoá Họ đ‡a ra kết luậnrằng Cr biến mất theo mùa từ các tầng n‡ớc đáy trong các pha yếm khí vμ hiếu khí do sự khử can Cr (VI) thμnh các phân tử Cr(III) hoạt hoá hơn nh‡ng không cần nhờ tới bất cứ quá trình lọc Cr thông th‡ờng nμo Tổng l‡ợng Cr hoμ tan

trông có vẻ rất giống với dạng thu đ‡ợc từ hồ Greifensee nơi mμ Cr(VI) ít hay nhiều hơn l‡ợng Cr hoμ tan t‡ơng đ‡ơng, do đó có những cơ chế nh‡ nhau đãdiễn ra ở cả hai hồ.

Những kết luận cuối cùng của Gunkel vμ Sztraka tại hai hồ n‡ớc yếm khí theo mùa gần thμnh phố khác so với những gì đựoc mô tả tr‡ớc đây, trong đó sựtăng c‡ờng rất lớn nồng độ Cr hoμ tan đ‡ợc quan sát thấy tại đấy các hồ, cung

chuyển dạng hay các dòng (Các dòng vμ l‡ợng không khí đivμo vμ tỷ lệ lắng đọng) với các dạng của toμn bộ kho chứa

Các đặc tr‡ng hoá học cơ bản khác của Pu trong môi tr‡ờng n‡ớc tự nhiên đã

đ‡ợc tổng kết bởi Allard vμ Ryberg, Morse vμ Choppin Theo nguyên tắc Plutonium có khả năng tồn tại trong nuớc hoμ tan ở một trong bốn trạng thái: III, IV, V vμ VI Tiềm năng oxy hóa khử tiêu chuẩn của các cặp nμy liên quan tới ba dạng còn lại trong điện thế 0.1 V mỗi loại, do đó có trên một yếu tố oxy hoá có thể cùng tồn tại d‡ới các điều kiện oxy hoá khử Plutonium (III) có thể

lμ dạng đáng kể duy nhất d‡ới điều kiện oxy hoá khử Bốn dạng oxy hoá thể hiện nhiều các đặc tính hoá học khác nhau

ỷ vực Plutonium(IV) đã có ái lực cao cho các phần tử vμ nói chung có nhiều khả năng giới hạn hình thái của chúng, nh‡ng ngoμi ra nó dễ bị ảnh h‡ởng hơn đối với phức hệ sinh ra bởi sự hoμ tan ligand

Alberts vμ Orlandini (1981) kết luận rằng239, 240Pu (chỉ dẫn ở sau đối với Pu) đãkhông đ‡ợc giải phóng từ chất trầm tích đáy d‡ới điều kiện thiếu ôxy, cơ sở

cấp sự tái tập trung của Fe oxit dạng khử Các nguyên nhân khiến có các dạng phân bố khác nhau của Cr hoμ tan tại các hồ nμy lμ ch‡a rõ rμng

8.5.3 Pu

Plutonium (Pu) lμ một tr‡òng hợp nghiên cứu rất thú vị bởi có một số điểm không thống nhất trong các nghiên cứu liên quan tới sự tái tập trung của Pu từ các tầng trầm tích trong suốt quá trình yếm khí theo mùa Thêm vμo đó, các nghiên cứu điểm tập trung vμo các v‡ớng mắc về những hiểu biết về số liệu các nguyên tố vết vùng hồ vμ sự bất lực của các bảng tóm l‡ợc tính toán về dẫn giải cho các dữ liệu Quan tâm tới các bảng tóm l‡ợc có một số thuận lợi qua việc sửdụng các số liệu nồng độ Điều nμy bao gồm khả năng sẵn có tham gia vμo các

ảnh h‡ởng của hình dáng các vũng, tổng l‡ợng các nguyên tố vμ mối liên hệmật thiết can các

Do đó, mặc dù có sự rất giống nhau về cấu trúc, đặc điểm th‡ờng gặp của Pu, quá trình sinh địa hoá của chúng tại các hồ trông đợi có thể thể hiện sự đadạng đáng kể d‡ới các điều kiện thay đổi môi tr‡ờng oxy hoá khử Không may

lμ, do những khó khăn trong với việc phân tích ph‡ơng pháp luận vμ nồng đọ rất thấp của chúng th‡ờng thấy trong các nghiên cứu tại các hồ, Nghiên cứu về

hồ th‡ờng chỉ thu đuợc tổng l‡ợng hoμ tan vμ nồng độ của phân tử Pu Các giá trị giới hạn do môi tr‡ờng trong nghiên cứu thể hiện rằng Pu(IV) sản phẩmchính của sự thuỷ phân vμ các hợp chất nhân tạo vμ Pu(V) tồn tại chủ yếu d‡ới

2

PuO th‡ờng lμ dạng v‡ợt trội trong phần lớn các thu

trên những thí nghiệm vμ những quan trắc trong mùa thiếu ôxy của hồ, ParPond, vị trí tại sông Savannah tại phía Nam Carolina, Mỹ Khoảng thời gian ngắn sau nμy, Sholkovitz cùng cộng sự (1982) đã công bố kết quả so sánh

đ‡ợc từ những hồ khác trong mùa thiếu ôxy, Gull Pond, vμ gián tiếp vμo 5 thời

kỳ tập trung phóng xạ nguyên tử cao trong hypolimnion thiếu ôxy so với lớpn‡ớc phủ phía trên T‡ơng tự profile quan trắc tính bền vững của Fe vμ 55Fe(mặc dù từ phóng xạ nguyên tử) điốt phát sáng đã đ‡a ra kết quả lμ, t‡ơng tự

đối với Fe, Pu v‡ợt quá giới hạn đã bắt nguồn từ giải phóng chất trầm tích d‡ới

điều kiện thiếu ôxy, mặc dù có kỹ thuật chính xác nh‡ng đã không xác định

dù có một vμi chứng minh về sự giải phóng Pu từ chất trầm tích đã đạt đ‡ợc.Xác định đ‡ợc hai profile (tháng 6 vμ tháng 8) thoát khỏi sự khác nhau trong các đặc tính, phản chiếu lại tính chất thuỷ lực tự nhiên để tạo nên sản phẩm mới của Pu, vμ đ‡ợc trình bμy t‡ơng tự cùng với profile của Mn vμ Fe trong n‡ớc mao dẫn, đ‡ợc thừa nhận có thể xảy ra trong quá trình kết hợp (Buesseler cùng cộng sự 1985) Đánh giá thông l‡ợng khuếch tán của Pu trong lớp n‡ớc đã phủ lên, tuy nhiên, không quan trọng trong việc so sánh cùng với

đánh giá chất trầm tích, vμ đã không đủ đối với việc lμm giμu hypolimnetic một cách đơn giản đ‡ợc trình bμy trong những năm tr‡ớc (đ‡ợc báo cáo trong Sholkovitz cùng cộng sự 1982)

ớc quyết định ở độ sâu khác nhau vμ khoảng thời gian khác nhau từ tháng

i hμng quý giữa năm 1983 vμ 1986 Dữ liệu đ‡ợc khám phá chặt chẽ theo

Sự tập trung đó đã biến đổi tới tổng l‡ợng Pu đánh giá cho:

) cùng toμn bộ cột n‡ớc,

tử 0 - 6 m (t‡ơng đ‡ơng với tầng ôxy trong suốt mùa hè), vμ

đó lμ hạ xuống cho đến sau mùa hè tới khi giá trị đạt cực tiểu Với lớp n‡ớc sâu

nh giá sự thay đổi nhỏ từ quá

chóng đạt tới giá cực đại trong tháng 6 vμ đầu tháng 7, sau đó sẽ giảm nhẹ

‡ng vẫn giữ nguyên độ cao t‡ơng đối so với cả đ‡ờng quá trình Đánh giá

o cả cột n‡ớc nó cũng t‡ơn

đại xung quanh tháng 6 Tỷ số Pu : Pu cho biết rằng chu trình bao gồm chủ

u lμ Pu từ nguồn chất trầm tích cung với một ít ảnh h‡ởng từ nguồn khíyển

những biểu đồ từ tháng 10, giai đoạn bình th‡ờng của phần đi xuống của mùa thu, vμ đ‡ờng đứt íng thẳng đứng thông th‡ờng lμ dữ liệu cho sự phân tầng phát triển (ngμy 10 tháng 5) vμ dựa trên

‡ớc sâu phía d‡ới trong mùa thiếu ôxi (15 tháng 6) (Pinder cùng cộng sự 1992)

mμ không có liên quan tới những nguyên tố Fe vμ Mn Alberts vμ nhóm lμm việc kết luận rằng

(a) sự tập trung hypolimnetic cao trong suốt thời kỳ phân tầng xuất phát trong

ột phần từ sự lắng xuống cảu các hạt vật chất từ epilimnion (trên

có sự giảm tổng l‡ợng cột n‡ớc đánh giá trong suốt thời kỳ đó) vμ

) chủ yếu lμ Pu đ‡ợc huy động lại từ việc xuất hiện chất trầm tích trong suốt

sự 1986; Pinder cùng cộng sự 1992)

hững đoạn huy động lại nμy đã không liên kết dứt khoát đối với việc ng‡ng

trọng trong hoạt động riêng biệt Cá biệt sự tập trung Pu cao trong cột n‡ớc

a hồ Mono (độ muối 900/ vμ pH 00 | 9,7), so sánh với những hồ khác trong

ất trầm tích (| 50% của Pu đánh giá còn lại trong cộ

Pluton trong cột n‡ớc của hồ Mono xuất hiện có nhiều khả năng đạt tới trạng thái ôxy hoá IV (Nelson cùng cộng sự 1989), cung cấp sự triệt tiêu đối vớinguyên tắc bao gồm chất trầm tích có mối quan hệ cao của Pu(IV), vμ chứng minh rằng d‡ới một vμi điều kiện sự phân loại của Pu(IV) lμ chiếm ‡u thế bởi

c‡ trú lâu dμi của n‡ớc d‡ới đáy vμ bản chất của những nhân tố thuỷ văn khác,

đó lμ Pu trong vị trí đặc tr‡ng Nó đ‡ợc ghi nhận lμ quan trọng, tuy nhiên, tính chất kiềm, pH, vμ sự tập trung carbon hữu cơ hoμ tan trong hồ Soap (Hình 8.10) lμ lớn xa hơn sự mong đợi bình th‡ờng

-1

sá

với phạm vi của các loại hồ bao gồm mùa thiếu ôxy vμ meromictic khối n‡ớclớn Mặc dù đã tăng một vμi Pu di trú tới, nó đã nhẹ hơn đối với chúng đ‡ợc sửdụng239, 240Pu khi chắc chắn thời kỳ cho những nghiên cứu bổ sung, trong sự ‡u

những tr‡ờng hợp không phải nh‡ thế Hầu hết sự biến đổi của Se xuất hiện

lμm tăng sự hoμ tan phức hệ Phạm vi đo đạc vμ những thí nghiệm nghiên cứu ong trạng thái môi tr‡ờng sống d‡ới n‡ớc khác nhau, b

(Nelson cùng cộng sự 1987), đã trình bμy sự phân huỷ chất trầm tích của Pu

ặc dù ảnh h‡ởng lớn bởi sự tập trung hoặc hoμ tan phù hợp nhiều hơn vậtchất mùn có tính chất kết dính, vì Pu(IV) - liên kết mùn Chứng minh thêm từ

sự nghiên cứu của hồ Soap tại bang Washington (Sanchez cùng cộng sự 1986)

ây lμ những hồ có tính chất kiềm mang độ muối cao, nh‡ng t‡ơng phản với trí trong hồ Mono (

biểu diễn dễ hiểu mối quan hệ cùng với O2 - H2S trong mặt phân giới (hình 10) Mặt phân giới nhỏ nhất đã cho rằng đ‡ợc lọc sạch bởi ôxít sắt vμ tăng sự

p trung cao trong phức hệ monimolimnion thiếu ôxy bởi ion carbonate vμ vật

ất hữu cơ hoμ tan Nó lμm tăng dung tích của phức hệ, kết quả từ thờ

Trong nghiên cứu n‡ớc mao dẫn của Gull Pond đ‡ợc trích dẫn tr‡ớc đây (Buesseler cùng cộng sự 1985), sự tập trung Pu đ‡ợc trình bμy không t‡ơngquan cùng với carbon hữu cơ hoμ tan khác (cực đại 15 mg.kg ) hoặc tính kiềm (cực đại 0,75 meq.-1).Pluton nói chung có thể đánh giá khi nguyên tố đứng im t‡ơng đối so với nó không kể đánh giá chất trầm tích d‡ới điều kiện vô cùngnh‡ tồn tại muối trong hồ Crusius vμ Anderson (1994) đã thực hiện một so

nh tỉ mỉ về tính thay đổi của 137Cs, 239, 240Pu vμ 210Pb cùng với chất trầm tích

tiên đối với việc sử dụng th‡ờng xuyên hơn 137Cs (tham khảo phần 6.1)

5.4 Selen

len (kí hiệu lμ Se) lμ một chất hoá học, cùng nhóm với l‡u huỳ

với sinh vật học nó vừa lμ nhân tố cần thiết vừa lμ một nhân tố độc D‡ới đây lμ

ững tổng kết về đặc tính hoá sinh chủ yếu, đ‡ợc trích dẫn từ rất nhiều

1987) Trong n‡ớc tự nhiên Se có thể xuất hiện với 4 trạng thái ôxi hoá:lenat (Se-6), Selenit (Se-4), nguyên tố Selen (Se0) vμ Selenua (Se-II), ngoμi

nó còn có trong rất nhiều hợp chất vô cơ

ôxi hoá khác nhau rất ít khi đạt đ‡ợc trạng thái cân bằng Selenat chiếmm ‡u

ế động lực học trong những nguồn n‡ớc bão hoμ ô xi, nh‡ng thực tế phổ biến

sự kết hợp nμy đã sinh ra Se(-II) Những phát hiện đó rất phù hợp với những

đặc tính của Se trong các thí nghiệm về hồ vμ đại d‡ơng (ví dụ nh‡ của Santschi 1988)

ông qua những vi khuẩn trung gian vμ sự metyl hoá của cả sinh vật vμ môi

‡ờng cũng đóng va

vô cơ rắn nói chung,do đó nó th‡ờng biểu hiện tính dễ biến đổi rất cao Selenit chất có khả năng phản ứng mạnh hơn đặc biệt với ô xit

(Mn) Ôxít sắt có liên kết ái lực lớn hơn với Selenit vμ lμm mạnh thêm liên kết

ng thời giảm độ pH (Balistrieri vμ Chao 1990) nh‡ lμ một triển vọng cho một

xy anion (Iôn âm) nμo đó Se(0) xuất hiện nh‡ nhân tố Se, nó tồn tại bên ong một khoảng biến thiên rộng Eh- pH, vμ m

tử hoá trị ỏtong các hợp chất vô cơ, hữu cơ hay những loại khác nhau

‡ơng đối với hợp chất không tan, nh‡ng cũng cótr‡ờng hợp Se xuất hiện trong những chất có trạng thái keo Selenua xuất hiện

an trọng nhất trong những dạng hữu cơ khác nhau bao gồm Seleno

cũng tồn tại trong muối kim loại không tan, thay thế cho muối sunphit trong uối sunphit vμ muối tan polysuphit, cũng có tr‡ờng hợp ở thể hơi nh‡ hidro lenua (H2Se) Se(0) vμ Se(-II) có những

thao tác phân tích theo hệ thống tồn tại (Cuter 1991)

húng ta đã biết thực chất những đặc tính của Se trong hồ

những nghiên cứu trong hai hệ thống hồ ở Mỹ Hệ thống hồ thứ nhất lμ

(a) một loại hồ chứa,trong đó một loại hồ bị nhiễm từ những nhμ máy nhiệt

điện do đó lμm cho nồng độ của Se trong n‡ớc vμ trong trầm tích rất cao utter 1991)

(b) Hệ thống hồ thứ hai lμ hồ chứa Kesterson, đó lμ những hệ thống hồ nhỏ có uồn cung cấp n‡ớc chịu ảnh h‡ởng trực tiế

biển (Cooke, Bruland vμ các cộng sự 1987)

ghiên cứu của Cutter (1991) cung cấp hầu hết số liệu về hồ, những số liệu đó

sẽ đ‡ợc sử dụng nh‡ nền tảng cơ sở cho những thảo luận d‡ới đây

utter (1991) đã đề xuất vòng tuần hoμn hoá sinh của Selen (Se) trong hồ, đềxuất nμy đ‡ợc thể hiện d‡ới dạng biểu đồ trên hình 8.11 Điều đặc biệt lμ l‡ợngchất vμo của Se phụ thuộc theo nguồn cung cấp với những điều kiện hìnhthμnh khác nhau, chúng ta sẽ có những hợp chất Se khác nhau Những muối Selenit tan chiếm‡u thế trong khu vực ô nhiễm liên quan đến cho than, trái lạ những hợp chất tan chính của Se(-II, 0) hình thμnh từ những con suối bình

‡ờng nhập l‡u Selen (Se) trong môi tr‡ờng hồ có những vòng tuần hoμ

mạnh mẽ, những biểu hiện phụ biến đổi theo mùa cơ bản vμ những đặc tr‡ng

ạng thái không ổn định

cực đại trong suối vμo tháng mùa hè, có đựơc điều nμy lμ do một loại tảo lenit xuất hiện nhờ sự hút thấm có chọn lọc rồi kết hợp lại trong một loại tảo,