جهاز متعدد الطبقات نظيفة جداً لجمع العوالق البحرية الحجم مجزأ والجسيمات المعلقة
Summary
العوالق والجسيمات المعلقة تلعب دوراً رئيسيا في الدورات البيوجيوكيميائيه في المحيط. هنا، نحن نقدم طريقة نظيفة جداً، وانخفاض ضغط لجمع مختلف أحجام الجسيمات والعوالق في البحار مع القدرة على التعامل مع كميات كبيرة من مياه البحر.
Abstract
التوزيعات من العديد من العناصر النزرة في المحيط ترتبط بشدة مع النمو والموت، وريمينيراليزيشن العوالق البحرية وتلك الجسيمات علقت غرق. نقدم هنا، جميع بلاستيك (بولي بروبلين والبولي)، متعدد الطبقات نظام ترشيح لمجموعة من جسيمات (SPM) في البحر. تم تصميم هذا الجهاز أخذ العينات نظيفة جداً ووضعت خصيصا للدراسات العناصر النزرة. التحديد الدقيق لجميع المواد غير المعدنية واستخدامها في خط التدفق من خلال إجراء يقلل من أي تلوث المعادن المحتملة أثناء أخذ العينات. تم بنجاح اختبار هذا النظام وانب لتحديد المعادن النزرة (مثلاً، Fe، بن، مينيسوتا، مؤتمر نزع السلاح، والاتحاد الجمركي، ني) على جزيئات ذات أحجام مختلفة في مياه المحيطات المفتوحة والساحلية. النتائج من بحر الصين الجنوبي في مركز جنوب شرق آسيا سلسلة زمنية (مقاعد) تشير إلى أن الاختلافات الدافيء والتوزيع المكاني للعوالق في منطقة المصيدتين يمكن بسهولة حل والمعترف بها. التحليل الكيميائي مجزأ حجم الجسيمات في المياه السطحية لمضيق تايوان تشير إلى أن الجسيمات الأكبر (> ميكرومتر 153) استمدت معظمها بيولوجيا، بينما كانت معظمها تتألف الجسيمات الصغيرة (10-63 ميكرون) مسألة غير العضوية. وبصرف النظر عن مؤتمر نزع السلاح، انخفضت تركيزات المعادن (Fe، بن، مينيسوتا، Cu، ني) مع زيادة حجم.
Introduction
جسيمات في المحيط دوراً هاما في الدورات البيوجيوكيميائيه البحرية1. يمكن تغيير معظم خصائص الجسيمات، مثل الحجم، وعلم المعادن، وتكوينها، عميقا من إعداد الجيولوجية أو الهيدروجرافية واحد إلى آخر2. وباﻹضافة إلى ذلك، توزيع عناصر في المحيط ترتبط أيضا بدوره حياة من العوالق النباتية البحرية: النمو والموت والغرق وريمينيراليزيشن3،4. جسيمات البحرية تمتد 4 على الأقل من حيث الحجم في الحجم، تتراوح بين جسيمات submicron مجاميع كبيرة (> 5 ملم). معظم جزيئات تستمد بيولوجيا، من العمليات مثل إنتاج بيليه البراز، إفراز، إلخ، تحلل الفيروسية، نتحه. وتتشكل الجزيئات الأخرى من التخثر المادية من الخلايا، والحطام الخلوية أو ليثوجينيك المواد1. مراقبة مختلف الخصائص الكيميائية والبيولوجية لجزيئات كل من الدورات الجيوكيميائية والعمليات البيولوجية التي تحدث حول وداخل جزيئات4،،من56. هذه الجسيمات هي الموائل الهامة، فضلا عن المصادر الغذائية لبعض الكائنات، مثل العوالق الحيوانية أو saprotrophs. تبعاً لذلك، مصير الجسيمات غالباً ما تتصل بحجمها والتي يمكن تعديلها بواسطة العمليات البيولوجية وحول الجسيمات.
أخذ العينات البحرية الجزيئات عادة ما يتطلب الترشيح، ولكن هذا النهج يقدم بعض غموض في تحديد خصائص الجسيمات، حيث الجزيئات البحرية ليست متجانسة في تكوينها وحجمها. الجسيمات المعلقة، تتكون أساسا من جزيئات صغيرة ومنخفضة الكثافة التي بشكل دائم تقريبا في تعليق، مختلطة مع كميات مختلفة من الجسيمات الأكبر حجماً والأكثر كثافة في تعليق فقط لفترة قصيرة من الوقت، تبعاً لظروف هيدرودينامية 7-وجمعت التقارير الأولى لتشكيل المعادن تتبع عينات العوالق الغاطسات العوالق أو تعليق العوالق شبكات على سفينة بحوث8. الكتاب غالباً العثور على جزيئات معدنية وطلاء رقائق في العينات، مما يوحي بمشكلة حادة من التلوث أثناء أخذ العينات البحرية الجسيمات للتحليل الكيميائي. وتشمل الجهود الأخرى صافي تقطر بالقوارب المطاطية أو استخدام كلوريد البولفينيل (PVC)-من ناحية ونش3. صعوبة موثوق بها لأخذ العينات من الجسيمات يجعل التقدم في فهمنا للتركيبة الكيميائية للجزيئات البحرية أكثر صعوبة، خاصة بالنسبة للعناصر النزرة. على هذا النحو، قد تأتي المعلومات الأكثر أهمية في تركيز العناصر النزرة في العوالق النباتية من ثقافة الدراسات9،10. وقد دافع هذا الاعتراف علماء البحار لإنشاء طرق جديدة لدراسة الجسيمات في البحر على مدى السنوات الثلاثين الماضية11.
علماء المحيطات قد استخدمت تقنيات أخذ العينات المختلفة، بما في ذلك الترشيح على متن السفن، والترشيح في الموقع ، والفخاخ11من الرواسب. تجهيز كميات كبيرة من مياه البحر لجمع عينات غير الملوثة يمكن أن يكون تحديا، لا سيما للمحيطات المفتوحة والمياه العميقة التي كانت تركيزات الجسيمات منخفضة جداً (0.001-0.1 مغ/لتر). من الضروري أيضا لتصفية كميات كبيرة من مياه البحر للحصول على كمية كافية من الجسيمات لقياس تركيزات المعادن التتبع. استخدمت بعض الباحثين طريقة تجزئة المساحة لفصل الجسيمات المعلقة من الغرق الجسيمات. ومع ذلك، حجم الجسيمات، المسامية والكثافة والشكل يمكن جميع الجسيمات التأثير غرق السرعات. الفخاخ الرواسب ليست أدوات عملية لجمع الجسيمات المعلقة، منذ تلك التي صممت لغرق الجسيمات. ولذلك، من المهم وضع أساليب أخذ العينات والمعالجة التي يمكن جمع كميات كافية من الجسيمات المعلقة مع الحد الأدنى من التلوث. ومن ثم، تجزئة المساحة عن طريق الترشيح في الموقع لا يزال أداة واعدة في أدوات أخذ العينات محيطات، نظراً لأنها يمكن أن تكشف عن معلومات هامة عن ديناميات الجسيمات البحرية. هنا، يمكننا وصف بنجاح اختبار التتبع-المعادن-تنظيف، والترشيح الجاذبية متعددة الطبقات أخذ العينات الجهاز، والتي يمكن أن تعالج كميات كبيرة (120-240 لتر) مياه البحر على متن الطائرة في مرور واحد من تترافلوروايثيلين (PTFE) مغلفة بزجاجات المياه أخذ العينات في الصفيف متعدد زجاجة جمع العينات. يستخدم هذا الجهاز أخذ العينات تغسل حمض النايلون الاصطناعية في التسلسل، والمحاطة الشبكات داخل حاوية البولي بلطف جمع الحجم مجزأ مع وقف التنفيذ هذه المسألة والعوالق النباتية12،13، 14،15 (الشكل 1). والهدف من هذا العمل هو توفير أداة أفضل لدراسة الجمعيات الجسيمات المعدنية وديناميتها رد فعل في البيئات البحرية، وتحسين فهمنا لمصير مجموعة متنوعة واسعة من العوالق والجسيمات والمعادن النزرة في هذه بيئات.
Protocol
Representative Results
Discussion
يتطلب الحصول على تتبع موثوق بها تركيزات المعادن في العوالق والجسيمات المعلقة في المياه الطبيعية، والتي عموما موجودة بتركيزات منخفضة جداً، عناية كبيرة أثناء جمع العينات، والتجهيز، والمعالجات، والتحليل، بهدف الحد من التلوث. ولذلك، إجراءات لتصميم وإعداد معدات أخذ العينات وحاويات العينات…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يشكر المؤلفون ملكة جمال ألفين بي لين، تسنغ وي-الرئة السيد والآنسة Hsuan بي لين والدكتور لو جيا تشوان لمساعدتها خلال المعاينة الميدانية، ومختبر تحليل لعملية تطوير وتطبيق “كاتنيت.” مساعدة الطاقم وفني على متن سفينة الأبحاث أبحاث المحيطات-الأول والثاني بحوث المحيطات خلال الحملات أخذ العينات من تقدير كبير. هذا العمل كانت تدعمها جزئيا “وزارة تايوان للعلوم” والتكنولوجيا من المنح 91-2611-م-002-007،-009 95-2611-م-002، 96-2611-م-002-004، 97-3114-م-002-006، 104-2611-م-002-019. هذه المخطوطة مكتوبة في الذاكرة لي ون هوي ملكة جمال لتفانيها هائلة والمساهمة في الأبحاث البحرية في تايوان.
Materials
| thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings | Cole Palmer | EW-06424-67 | O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack |
| LDPE Bottle (Nalgene) | ThermoFisher Scientific | 2103-0004 | 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure |
| anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) | Alconox | 1104-1 | 1×4 lb box (1.8 kg) |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Reagent grade |
| Nitric acid | Sigma-Aldrich | 695025 | Reagent grade |
| alkaline detergnet (Micro) | Cole Palmer | EW-99999-14 | Micro-90 Cleaning Solution |
| polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm | Sigma-Aldrich | WHA111107 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate |
| polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm | Sigma-Aldrich | WHA111115 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate |
| PFA vessel, 60 ml capacity | Savillex | 300-060-03 | 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top |
| Nitric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Nitric Acid |
| HF, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrofluoric Acid |
| Boric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrobromic Acid |
| polyethylene (PE) gloves | Safty Zone | GDPL-MD-5 | Clear Powder Free Polyethylene Gloves |
| Multiple layer filtering and collecting device | Sino Instrumnets Co. Ltd | not available | Multiple layer filtering and collecting device, CATNET |
| 10 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 10 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 60 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 60 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 150 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 150 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| torque wrench | Halfords | 200238 | Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm |
| multi-bottle sampling array, Rosette | General Oceanics | Model 1018 | Rosette Sampler |
| PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo | General Oceanics | 108020T | GO-Flo water sampler teflon coated |
| Marine sediment reference materials | National Research Council Canada | MESS-3 | |
| Estuarine sediment standard reference material | National Institute of Standards and Technology | 1646a | |
| Plankton reference material | The European Commission's science and knowledge service | CRM414 |
References
- Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
- Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
- Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
- Donat, J. R., Bruland, K. W., Steinnes, E., Salbu, B. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. , 247-280 (1995).
- Wen, L. -. S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
- Wen, L. -. S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
- Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
- Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
- Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
- Ho, T. -. Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
- McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
- Wen, L. -. S., Li, W. -. H., Zhuang, G. -. Z. . Multiple layer filtering and collecting device. , (2005).
- Ho, T. -. Y., Wen, L. -. S., You, C. -. F., Lee, D. -. C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
- Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
- Liao, W. -. H., Yang, S. -. C., Ho, T. -. Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
- Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. . Methods of seawater analysis. , (2007).
