MOE-Fellowship

Valentina Darakchieva

Geochemie der Schwarzmeer-Sapropele: Ökologische Implikationen einer möglichen Verwendung als Dünger

Geochemie der Schwarzmeer-Sapropele: Ökologische Implikationen einer möglichen Verwendung als Dünger.

1.EinfĂĽhrung
Marine Sedimente reich an organischer Substanz (Corg> 2%), genannt Sapropelen, werden seit langer Zeit als potenzielle Mineraldünger angesehen. Das Schwarze Meer ist das größte anoxische (extrem geringer O2-Wert) Becken auf der Erde. Es wurde spekuliert, dass diese Sapropelen eine unglaubliche Ressource von Düngemitteln seien und ihre Nutzung in der Landwirtschaft zu unglaublichen Ergebnissen führen könne. Diese Idee wurde patentiert (Dimitrov et al., 2000) und ihre Autoren erhielten erhebliche finanzielle Mittel für direkte Experimente in landwirtschaftlichen Betrieben. Allerdings ist von einer Reihe ähnlicher Umgebungen bekannt, dass organische Sedimente (Sapropelen eingeschlossen) mit hoch toxischen und krebserregenden Elementen (As, Hg, Sb, Cd, U, usw.) angereichert sein können, wodurch solche Sedimente für die landwirtschaftliche Nutzung nicht unbedingt ungeeignet, jedoch in jedem Fall gefährlich sind.

2.Methoden
• Proben und Untersuchungsmethoden
Die Schwarzmeer-Proben wurden 2006/ 2007 mit dem Forschungsschiff Akademik durch das Institut fĂĽr Ozeanologie, Varna, entnommen. Dabei wurden fĂĽnf Bohrungen durchgefĂĽhrt, von deren Kerne alle 2cm Proben entnommen wurden.
Die Mittelmeer-Proben wurden während der Forschungsfahrt CORTADO mit dem Forschungsschiff Pelagia im November/Dezember 2011 entnommen, an der ich selber teilgenommen habe. Die weitere Untersuchung und Beprobung erfolgte an der Universität Utrecht, Niederlande. Hier wurden dem Kern alle 2,5mm Proben entnommen.
• Trocknungsprozess
Die Proben wurden dann in ihrem natürlichen Zustand in einem dunklen Raum bei einer Temperatur von +5 ° C und 100% Luftfeuchtigkeit gehalten. Alle weiteren Arbeiten wurden in Kiel durchgeführt.
Die Trocknung erfolgte ohne vorheriges Waschen und Zentrifugenierung. Die insgesamt 87 Proben wurden für 24 Stunden in die Gefriertrocknungsanlage CHRIST ALPHA 1-4 LSC Vacuubrand RZ 6 gelegt. Das Trocknen erfolgte im Vakuum bei niedriger Temperatur (0,050 mbar Druck, Produkttemperatur 21 ° C, Kondensationstemperatur -59 ° C).
• Säure-Druckaufschluss-Prozess
Der Säuredruckaufschluss der Proben wurde in mehreren Arbeitsschritten mit folgenden hochreinen Reagenzien durchgeführt: konzentrierte Salpetersäure (HNO3), Salzsäure (HCl), Fluorwasserstoffsäure (HF), Perchlorsäure (HClO4) und deionisierte Reinstwasser (DIW) von ELGA-System mit 18,2 MO.
Die Arbeit wurde im Aufschlusslabor und einem Reinraum durchgefĂĽhrt.
• Verdünnungsprozess
Für die nachfolgende Analytik mit ICP-Massenspektrometrie wurden dann jeweils 200µl Aufschlusslösung mit 50µl Interner-Standard-Lösung und 9750µl verdünnter HNO3 gemischt und dann im AGILENT 7500cs ICP-MS-Gerät vermessen.

3.Ergebnisse
In der Geochemie ist ein Spurenelement ein chemisches Element, dessen Konzentration weniger als 1000 ppm oder 0,1% einer Gesteinszusammensetzung beträgt.
In jeder Probe wurden neben den vorgenannten toxischen Schwermetallen mit dem ICP-MS insgesamt 42 Spuren elemente quantitativ bestimmt -: Li, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn , Sb, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Th, U.
Für die meisten Elemente wurde im Sapropel (Faulschlamm) eine höhere Konzentration erwartet, als im Teiltonigen Sedimentanteil der Proben. Die Ergebnisse bestätigten unsere Erwartungen.
Der Anteil von Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd , Tb, Dy, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Th, U ist für beide Meere, Mittelmeer und Schwarzes Meer, im Faulschlamm höher, als in der Forschungsliteratur beschrieben.
Laut Forschungsliteratur kann die durchschnittliche Menge einiger Elemente in verschiedenen Arten von Gesteinen und Böden stark variieren. Ergebnisse der Messung mit ICP-MS zeigten, dass die Menge an Sr, Ba, V, Zn, Cu, Pb, Mo, La, Sc, Sb, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Tm und U höher sind als der durchschnittliche Gehalt, der in der Literatur beschrieben wird. Für Rb, Ni, Ga, Y, Yb, Zr, Nb, Cd, Ce, Ta, Mo, Ag, Pr, Tb, Er, Lu, Hf, W und Tl liegen Werte in der Nähe der oberen Grenze.
Alle analysierten Elemente sind sehr leicht löslich und können verschiedene Verbindungen, die giftig und krebserregend sind, bilden. Sie werden in den Böden einsickern und später den menschlichen Körper durch die landwirtschaftliche Produktion erreichen. Dies könnte zu unterschiedlichen Arten von Krankheiten eben nicht nur bei Pflanzen, sondern auch bei Menschen, die Produkte nach dem Einsatz von Faulschlamm-Düngemitteln konsumieren, führen.
Die Ergebnisse zeigen, dass Sapropelen reich an hochgradig giftigen und krebserregenden Elementen (Sb, Cd, U, usw.) in chemischen Verbindungen, die starke Nervengifte sein können, sind. Zusammenfassend muss festgestellt werden, dass der Einsatz von Sapropelen als Düngemittel sehr gefährlich sein kann.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Schwermetall-Gehalt höher in den Proben aus dem Schwarzen Meer bis zum Mittelmeer, die Proben sind.
Die Inhalte aller untersuchten Elemente sind nicht so groß (ppm or parts per million), aber die Ergebnisse zeigten, dass ihr Anteil höher als in landwirtschaftlichen Böden zulässig sind.

Ăśbersicht

Förderzeitraum

01.03.2012 - 31.08.2012

Institut

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut fĂĽr Geowissenschaften
Marine Klimaforschung & ICPMS Labor

Betreuer

Dr. C.-Dieter Garbe-Schönberg

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