Vivianiitin muodostuminen pohjasedimenteissä Fe K-reunan XANES-spektroskopian avulla tutkittuna

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201912044064
Title: Vivianiitin muodostuminen pohjasedimenteissä Fe K-reunan XANES-spektroskopian avulla tutkittuna
Author: Lavikainen, Emmi-Lotta
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201912044064
http://hdl.handle.net/10138/308232
Thesis level: master's thesis
Degree program: Materiaalitutkimuksen maisteriohjelma
Master's Programme in Materials Research
Magisterprogrammet i materialforskning
Specialisation: Fysiikka
Physics
Fysik
Discipline: none
Abstract: Rehevöityminen on yksi merkittävimmistä vesistöjen ekologista tilaa heikentävistä tekijöistä. Järvivesissä fosfori on useimmiten levien kasvua rajoittava tekijä, jolloin fosforin määrän kasvu vastaanottavassa vesistössä lisää kasvillisuuden perustuotantoa ja kiihdyttää näin ollen vesistön rehevöitymistä. Fosforia päätyy vesistöihin valumavesien mukana liuenneessa muodossa ja eroosion ansiosta hiukkasmaisessa muodossa sitoutuneena esimerkiksi erodoituneessa maa-aineksessa oleviin raudan oksideihin. Erodoitunut maa-aines laskeutuu vesistöjen pohjalle, päätyy osaksi pohjasedimenttiä ja lopulta kohtaa hapettomat olosuhteet. Pohjasedimentteihin varastoituneet ravinteet voivat hapettomissa olosuhteissa vapautua takaisin vesistön tuottavaan kerrokseen ja näin ollen kiihdyttää rehevöitymistä. Hiukkasmaisen fosforin vapautuminen liuenneeseen, leville käyttökelpoiseen muotoon tunnetaan huonosti, joten erodoituneen maa-aineksen mukana kulkeutuvan fosforin merkitys vesistöjen rehevöitymisessä ei ole täysin selvä. Tässä työssä tutkitaan maa-aineksen matkaa pelloilta järvien pohjasedimentteihin käyttäen raudan K-reunan röntgenabsorptiospektroskopiaa lähireuna-alueella. Keskipisteessä on raudan kemiallisen tilan muutos siirryttäessä hapellisista olosuhteista hapettomiin olosuhteisiin sekä mahdollisesti järvien sedimenteissä muodostuva raudan fosfaattimineraali vivianiitti, jolla voi olla merkittävä rooli fosforin pidättämisessä sedimenttiin. Lisäksi tutustutaan röntgenabsorptiospektroskopian teoriaan sekä tutkimuksessa käytettävän spektrometrin toimintaan. Erilaisten maa-ainesten päätymistä järvien sedimentteihin simuloitiin valmistamalla järviveden ja maa-ainesten seoksia, joista osaan lisättiin myös orgaanista hiiltä. Seoksista valmistettiin näytteet röntgenabsorptiomittauksia varten vuorokauden aerobisen sekä neljän kuukauden anaerobisen inkuboinnin jälkeen. Mittaustuloksista havaitaan selvästi raudan pelkistyminen anaerobisissa olosuhteissa, ja että pelkistymistä edesauttaa orgaanisen hiilen läsnäolo. Vertailemalla järvivesi-maanäytteiden spektrejä mitattuun vivianiittimineraalista valmistetun näytteen spektriin, havaitaan että raudan pelkistyminen anaerobisessa ympäristössä suosii Fe(II)-mineraalien muodostumista. Mitattuja spektrejä verrattiin vivianiitin spektriin ja vertailun perusteella vivianiittia muodostui neljän kuukauden anaerobisen inkuboinnin aikana hiilettömissä näytteissä 12 - 22 % ja hiilellisissä näytteissä 31 - 50 % verrattuna hapelliseen alkutilanteeseen. Prosenttiluvut ovat todennäköisesti yliarvioita vivianiitin muodostumiselle, mutta tuloksista voidaan kuitenkin päätellä, että raudan voimakkaampi pelkistyminen edesauttaa vivianiitin tai muiden Fe(II)-mineraalien muodostumista ja että vivianiitin muodostumisella saattaa olla vaikutus fosforin pidättämisessä sedimenttiin.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Lavikainen_Emmi-Lotta_Pro_gradu_2019.pdf 5.327Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record