Sediment-su arayüzü - Sediment–water interface

Oksijenli suyun tortuların içine ve dışına akışı, örneğin solucan tüplerinin inşası yoluyla biyotürbasyon veya tortuların karıştırılmasıyla sağlanır.
Bir serinin parçası
Sedimentler
Channel-StellartonFm-CoalburnPit.JPG
kökene göre
  • kozmojen
  • hidrojenli
dokuya göre
Kompozisyona göre
süreç tarafından
Yapıya göre
toprak tortusu
Deniz tortusu
Biyojen tortullar
tortul ekoloji
tortul karbon
Tortul kayaçlar
İlgili

Gelen oşinografisi ve Limnoloji'nin , tortu su arayüzü yatağı arasındaki sınır olan tortu ve üstte su sütunu. Terim genellikle deniz tabanındaki tortulların tam yüzeyindeki ince bir su tabakasına (değişken olsa da yaklaşık 1 cm derinliğinde) atıfta bulunur. Okyanusta, haliçlerde ve göllerde, bu katman, su kütlesinin dibinde yaşayan mikroorganizmalar, hayvanlar ve bitkilerin aracılık ettiği fiziksel akış ve kimyasal reaksiyonlar yoluyla üstündeki su ile etkileşime girer. Bu topografya arabirimi de (örneğin fiziksel işlemler etkilenir olarak, çoğu zaman dinamik akımları (örneğin, biyolojik işlemler dalgalanan veya yeniden süspansiyon neden olur) Biyotürbasyon üreten tümsekler veya açmaları). Kimyasal potansiyel gradyanları, gözenek suyu gradyanları ve oksijen gradyanları gibi bir takım gradyanların bir sonucu olarak tortu-su ara yüzeyinde fiziksel, biyolojik ve kimyasal süreçler meydana gelir.

Tanım

Su sütunundaki tortu-su ara yüzeyinin tepe noktasının konumu, oksijen gibi bazı çözünmüş bileşenlerin dikey gradyanındaki kırılma olarak tanımlanır, burada konsantrasyonun iyi karıştırılmış sudaki daha yüksek konsantrasyondan daha düşük bir konsantrasyona geçişi vardır. tortu yüzeyindeki konsantrasyon. Bu, 1 mm'den birkaç mm'ye kadar su sütununu içerebilir.

Fiziksel süreçler

Dalgalar ve gelgit akımları, burada gösterilenler gibi düşük gelgitte ortaya çıkan kum dalgaları oluşturarak tortu-su arayüzünün topografyasını değiştirebilir.
Biyotürbasyon tortuları karıştırır ve tortu içinde hareket eden lugworm'ların zaman atlamalı fotoğraflarında gösterildiği gibi tortu-su arayüzünün topografyasını değiştirir.
Sülfür döngüsü, biyolojik olarak aracılık edilen süreçler ve kimyasal redoks reaksiyonları yoluyla meydana gelen göl besin döngüsüne harika bir örnektir.

Suyun ve tortuların fiziksel hareketi tortu-su ara yüzünün kalınlığını ve topografyasını değiştirir. Dalgalar, gelgitler veya diğer rahatsız edici kuvvetler (örneğin bir kumsaldaki insan ayakları) tarafından tortunun yeniden süspansiyonu, tortu gözenek suyunun ve diğer çözünmüş bileşenlerin tortulardan dışarı yayılmasına ve yukarıdaki su ile karışmasına izin verir. Yeniden süspansiyonun meydana gelmesi için suyun hareketi, yatak kesme gerilmesinden daha büyük olan güçlü bir kritik kesme gerilmesine sahip olacak kadar güçlü olmalıdır. Örneğin, çok konsolide bir yatak yalnızca yüksek kritik kesme gerilimi altında yeniden süspanse edilirken, çok gevşek parçacıklardan oluşan bir "kabartma tabakası" düşük kritik kesme gerilimi altında yeniden süspanse edilebilir. Gölün tipine bağlı olarak, her yıl tortu ara yüzünü etkileyebilecek bir dizi karıştırma olayı olabilir. Amiktik göller kalıcı olarak tabakalıdır, benzer şekilde meromiktik göller karışmaz. Polimiktik göller sık ​​sık karışır ve dimiktik göller yılda iki kez karışır. Bu tür göl karışımı, göl içindeki rüzgarlar, sıcaklık farkları veya kesme gerilimi tarafından yönlendirilebilen fiziksel bir süreçtir.

Tortu-su arayüzünü etkileyen fiziksel süreçler aşağıdakileri içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir:

biyolojik süreçler

Sedimentler ve sedimanlarda yaşayan organizmalar arasındaki etkileşimler, oksijen ve diğer çözünmüş bileşenlerin tortu-su ara yüzeyindeki ve dışındaki akışlarını da değiştirebilir. Solucanlar, yumuşakçalar ve derisidikenliler gibi hayvanlar, yuvaların hareketi ve inşası yoluyla yeniden süspansiyonu ve karışmayı artırabilir. Bentik algler gibi mikroorganizmalar sedimanları stabilize edebilir ve şilteler oluşturarak tortu-su arayüzünü daha stabil bir durumda tutabilir . Bu mikroalgal matların stabilize edici etkisi, kısmen salgıladıkları ekzopolimerik maddelerin (EPS) veya biyokimyasal "tutkalın" yapışkanlığından kaynaklanmaktadır.

Tortu-su arayüzünü etkileyen biyolojik süreçler bunlarla sınırlı olmamak kaydıyla aşağıdakileri içerir:

Kimyasal süreçler

Abiyotik olarak (kimyasal reaksiyonlar) ve ayrıca biyotik olarak (mikrobiyal veya enzim aracılı reaksiyonlar) meydana gelen birkaç kimyasal süreç vardır. Örneğin, oksidasyon-indirgeme ( redoks ) reaksiyonları, basitçe elementlerin reaksiyonları yoluyla veya bakterileri oksitleyerek/indirgeyerek meydana gelebilir. Sedimentler ve su arasındaki elementlerin dönüşümleri ve devri, abiyotik kimyasal işlemler ve mikrobiyolojik kimyasal işlemler yoluyla gerçekleşir.

abiyotik

Sediment-su ara yüzeyinde abiyotik olarak kimyasal reaksiyonlar meydana gelebilir. Bunun örnekleri, tortudaki serbest demir içeriğinin (yani tortulardaki pirit oluşumu) bir fonksiyonu olarak göl tortularının oksijenlenmesini ve ayrıca kükürt döngüsü yoluyla kükürt mevcudiyetini içerir. Sedimantasyon genellikle eser kimyasalları ve elementleri su sütunundan dışarı çıkaran son temizleme işlemidir. Bu ara yüzeydeki sedimanlar daha gözeneklidir ve yüksek organik madde içeriği ve çökelme olmaması nedeniyle arayerlerde daha büyük hacimde gözenek suyu tutabilir. Bu nedenle, sudaki kimyasal bileşikler burada iki ana işlemden geçebilir: 1) difüzyon ve 2) biyolojik karıştırma. İnterstisyel bölgelerin içine ve dışına kimyasal difüzyon, birincil olarak rastgele moleküler hareket yoluyla gerçekleşir. Difüzyon, kimyasalların tortularla etkileşime girdiği birincil mod olsa da, bu işlemi kolaylaştıran bir dizi fiziksel karıştırma işlemi vardır (bkz. Fiziksel İşlemler bölümü). Kimyasal akılar, pH ve kimyasal potansiyel gibi çeşitli gradyanlara bağlıdır. Belirli bir kimyasalın bölümleme parametrelerine bağlı olarak, kimyasal madde su sütununda asılı kalabilir, biyotaya bölünebilir, askıda katılara bölünebilir veya tortuya bölünebilir. Ek olarak, Fick'in birinci difüzyon yasası, difüzyon hızının mesafenin bir fonksiyonu olduğunu belirtir; zaman geçtikçe konsantrasyon profili lineer hale gelir. Çeşitli göl kirleticilerinin mevcudiyeti, tatlı su sistemi içinde hangi reaksiyonların gerçekleştiği ile belirlenir.

Tortu suyu ara yüzeyindeki kimyasal reaksiyonlar aşağıda listelenmiştir:

  • Oksijen tüketimi- O 2 --> H 2 O
  • Denitrifikasyon- NO 3 --> N 2
  • Manganez indirgenmesi- Mn IV --> Mn II
  • Demir indirgeme- Fe III --> Fe II
  • Sülfat indirgeme- SO 4 --> HS
  • Metan oluşumu- CH 2 O --> CO 2 , CH 4

Biyolojik aracılı

Göller

Üstteki sulardan tortu-su arayüzüne geçerken bakteri sayısında 3-5 mertebesinde bir artış olur. Bakteriler göl havzası boyunca arayüzde bulunurken, dağılımları ve işlevleri substrat, bitki örtüsü ve güneş ışığına göre değişir. Örneğin, vejetatif bir kıyı bölgesinde tortu-su ara yüzeyindeki bakteri popülasyonu, birincideki daha yüksek organik madde içeriği nedeniyle daha derin derin bölgenin popülasyonundan daha büyük olma eğilimindedir . Ve, ara yüzeyde ağır bitki fonksiyonel bir yapay büyük bir sayı olabilir Azotobacter , N düzeltmek bakteri cinsi 2 iyonik amonyum (NH 4 + ).

Havza morfometrisi, bakterilerin göl içinde bölünmesinde bir rol oynasa da, bakteri popülasyonları ve işlevleri temel olarak spesifik oksidanların/elektron alıcılarının mevcudiyeti tarafından yönlendirilir ( örneğin , O 2 , NO 3 - , SO 4 - , CO 2 ). Üstteki sudan veya alttaki tortudan yayılan bu bileşenler, farklı organizmalar tarafından bakteri metabolizması sırasında kullanılabilir ve/veya oluşturulabilir veya su sütununa geri salınabilir. Sediment-su arayüzünde/içinde bulunan dik redoks gradyanları, çeşitli aerobik ve anaerobik organizmaların hayatta kalmasına ve çeşitli redoks dönüşümlerinin gerçekleşmesine izin verir. İşte tortu suyu ara yüzeyinde meydana gelebilecek mikrobiyal aracılı redoks reaksiyonlarından sadece birkaçı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Santschi, Peter; Höhener, Patrick; Benoit, Gaboury; Brink, Marilyn Buchholtz-ten (1990). "Çökelti-su arayüzünde kimyasal süreçler". Deniz Kimyası . 30 : 269-315. doi : 10.1016/0304-4203(90)90076-o .
  2. ^ a b c d Santschi, Peter; Höhener, Patrick; Benoit, Gaboury; Buchholtz-ten Brink, Marilyn (1990-01-01). "Çökelti-su arayüzünde kimyasal süreçler" . Deniz Kimyası . 30 : 269-315. doi : 10.1016/0304-4203(90)90076-O . ISSN  0304-4203 .
  3. ^ 1946-, Sarmiento, Jorge Louis (2006). Okyanus biyojeokimyasal dinamikleri . Gruber, Nicolas, 1968-. Princeton: Princeton Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 9780691017075. OCLC  60651167 .CS1 bakımı: sayısal isimler: yazar listesi ( link )
  4. ^ Gundersen, Jens K.; Jorgensen, Bo Barker (Haziran 1990). "Yayıcı sınır tabakalarının mikro yapısı ve deniz tabanının oksijen alımı". Doğa . 345 (6276): 604–607. Bibcode : 1990Natur.345..604G . doi : 10.1038/345604a0 . ISSN  1476-4687 .
  5. ^ Phillips, Matthew C.; Solo-Gabriele, Helena M.; Reniers, Adrianus JHM; Wang, John D.; Kiger, Russell T.; Abdel-Mottaleb, Noha (2011). "Plaj Sedimentlerinden Enterokokların Gözenek Suyu İletimi" . Deniz Kirliliği Bülteni . 62 (11): 2293-2298. doi : 10.1016/j.marpolbul.2011.08.049 . ISSN  0025-326X . PMC  3202074 . PMID  21945015 .
  6. ^ Mehta, Ashish J.; Partheniades, Emmanuel (1982). "Birikmiş Yapışkan Sediment Yataklarının Yeniden Süspansiyonu". Kıyı Mühendisliği 1982 : 1569–1588. doi : 10.1061/9780872623736.095 . ISBN'si 9780872623736.
  7. ^ a b "Kitap kaynakları" , Wikipedia , alındı 2020-05-15
  8. ^ Gingras, Murray K.; Pemberton, S. George; Smith, Michael (2015). "Biyotürbasyon: Daha İyi veya Daha Kötü için Sedimentleri Yeniden İşleme" (PDF) . Schlumberger . Petrol Sahası İncelemesi. s. 46–58.
  9. ^ Tolhurst, TJ; Gust, G.; Paterson, DM (2002). "Bir hücre dışı polimerik maddenin (EPS) yapışkan tortu stabilitesi üzerindeki etkisi". Deniz Ortamında İnce Sediment Dinamiği . Deniz Bilimlerinde Bildiriler. 5 . s. 409–425. doi : 10.1016/s1568-2692(02)80030-4 . ISBN'si 9780444511362.
  10. ^ "NASA/ADS" . ui.adsabs.harvard.edu . 2020-05-15 alındı .
  11. ^ Gardner, Wayne, Lee, G. Fred (1965). "Göl Sedimentlerinin Oksijenlenmesi" (PDF) . Uluslararası Hava ve Su Kirliliği Dergisi . 9 : 553-564.CS1 bakımı: birden çok ad: yazar listesi ( bağlantı )
  12. ^ "NetLogo Modelleri Kitaplığı: Katı Yayılım" . ccl.northwestern.edu . 2020-05-15 alındı .
  13. ^ Thibodeaux, Louis J.; Germano, Joseph (2012), Meyers, Robert A. (ed.), "Sediment-Su Arayüzlerisediment-su arayüzü, Chemical Flux at" , Encyclopedia of Sustainability Science and Technology , Springer, s. 9128–9145, doi : 10.1007/ 978-1-4419-0851-3_645 , ISBN 978-1-4419-0851-3, alındı 2020-05-15
  14. ^ a b Schwarzenbach, René P.; Gschwend, Philip M.; Imboden, Dieter M. (2016-10-12). Çevresel Organik Kimya . John Wiley ve Oğulları. ISBN'si 978-1-118-76704-7.
  15. ^ "Limnoloji" . 2001. doi : 10.1016/c2009-0-02112-6 . Alıntı günlüğü gerektirir |journal=( yardım )
  16. ^ Hoostal, Matthew J.; Bouzat, Juan L. (2008-02-01). "Çözünmüş Organik Maddenin Erie Gölü Sedimentlerinde Mikrobiyal Metabolizmanın Mekansal Modelleri Üzerinde Modüle Edici Rolü" . Mikrobiyal Ekoloji . 55 (2): 358-368. doi : 10.1007/s00248-007-9281-7 . ISSN  1432-184X .