973 resultados para Dissolved humic substances
Resumo:
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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Pós-graduação em Agronomia (Ciência do Solo) - FCAV
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
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The toxicity of cadmium and chromium to Pseudokirchneriella subcapitata and Microcystis aeruginosa was evaluated through algal growth rate during 96h exposure bioassays. Free metal ion concentrations were obtained using MINEQL(+) 4.61 and used for IC50 determination. Metal accumulations by the microorganisms were determined and they were found to be dependent on the concentration of Cd2+ and Cr6+. IC50 for P. subcapitata were 0.60 mu mol L-1 free Cd2+ and 20 mu mol L-1 free Cr6+, while the IC50 values for M. aeruginosa were 0.01 mu mol L-1 Cd2+ and 11.07 mu mol L-1 Cr6+. P. subcapitata accumulated higher metal concentrations (0.001 - 0.05 mu mol Cd mg(-1) dry wt. and 0.001 - 0.04 mu mol Cr mg(-1) dry wt) than the cyanobacteria (0.001 - 0.01 mu mol Cd mg(-1) dry wt and 0.001 - 0.02 mu mol Cr mg(-1) dry wt). Cadmium was more toxic than chromium to both the microorganisms.
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Die Elemente Uran und Plutonium besitzen seit Entdeckung der Kernspaltung und der technischen Nutzung der Kernenergie eine globale Bedeutung. So trägt Pu hauptsächlich zur Radiotoxizität von abgebrannten Brennelementen bei und erfordert im Falle einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation einen sicheren Verschluss für bis zu einer Million Jahre. Das Wissen über die vorliegenden chemischen Spezies ist dabei entscheidend für das Verständnis der chemisch-physikalischen Wechselwirkungen im jeweiligen geochemischen System, insbesondere mit dem Wirtsgestein (hier Ton) und den allgegenwärtigen Huminstoffen (hier Fulvinsäure). Längerfristig sind so Vorhersagen über einen Transport des hochradioaktiven Abfalls nach Auslaugung und Austritt aus einem Endlager bis in die Biosphäre möglich. Gerade der Ultraspurenbereich, im Fernfeld eines Endlagers zu erwarten, ist dabei von besonderem Interesse. Darüber hinaus machen nuklearforensische Untersuchungen – in Hinblick auf illegal benutztes Nuklearmaterial, Schmuggel oder Nuklearterrorismus – zur Bestimmung der Herkunft, des Alters oder der Radiotoxizität isotopenselektive Nachweismethoden im Ultraspurenbereich notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfür die Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) zur isotopenselektiven Spuren- und Ultraspurenanalyse von U und Pu sowie die Kapillarelektrophorese (CE) gekoppelt an die induktiv gekoppelte Plasma (ICP)-Massenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Speziation von Pu eingesetzt. Für den isotopenselektiven Nachweis von Ultraspurenmengen von Uran mittels RIMS wurden vorbereitende Studien durchgeführt und mehrere zweifach resonante Anregungsleitern mit nicht-resonanter Ionisation untersucht. Eine Effizienz von ca. 10^-10 bei einer Nachweisgrenze von 10^12 Atomen U-238 konnte erzielt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie, TU München, wurde mittels RIMS die Isotopenzusammensetzung von Plutonium, abgetrennt aus einem panzerbrechenden Urangeschoss aus dem Kosovokonflikt, bestimmt und dieses als Waffenplutonium mit einem Gehalt von 15 pg Pu-239/g Uran identifiziert. Rückschlüsse über Herkunft und Alter des Plutoniums konnten daraus gewonnen werden. Für Studien zur Umweltüberwachung von Plutonium in Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Klärwasserproben mittels RIMS untersucht. Oberhalb der Nachweisgrenze von ca. 10^7 Atomen Pu-239/500 mL konnte kein signifikanter Gehalt bestimmt werden. Zusätzlich wurden Klärschlammproben untersucht, wobei in einer Probe 5,1*10^7 Atome Pu-239/g gemessen wurde, was auf eine Anreicherung von Pu im Klärschlamm aus großen Wasservolumina hindeuten könnte. Speziationsuntersuchungen von Plutonium in Kontakt mit Fulvinsäure und dem Tonmineral Kaolinit wurden in Hinblick auf die Wechselwirkungen im Umfeld eines nuklearen Endlagers durchgeführt. Die Redoxkinetik von Pu(VI) in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure zeigt eine mit steigendem pH zunehmend schnellere und vollständige Reduktion und ein vergleichbares Verhalten zur Huminsäure. Für ein Plutoniumgemisch aus allen vier umweltrelevanten Oxidationsstufen in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure konnte nach ca. 1 Monat Kontaktzeit eine fasst vollständige Reduktion zum tri- und tetravalenten Pu beobachtet werden. Sorptionsuntersuchungen der stabilsten Oxidationsstufe, Pu(IV), in Kontakt mit Kaolinit bei pH = 0 bis 13 im Konzentrationsbereich 10^-7 bis 10^-9 mol/L verdeutlichen das ausgeprägte Sorptionsverhalten von Pu(IV) (ca. 60% bis 90% Sorption) im umweltrelevanten pH-Bereich bei einem Einsetzen der Sorption bei pH = 0 bis 2. Im Rahmen des "Colloid and Radionuclide Retardation" (CRR) Experiments im Felslabor Grimsel, Schweizer Alpen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung, Karlsruhe, die kolloidgetragene Migration von Pu(IV) in einem Grundwasserstrom durch Scherzonen im Granitgestein unter umweltrelevanten Bedingungen untersucht. Bei Zugabe von im Grundwasser stabilen Bentonitkolloiden – Bentonit wird als ein geeignetes Verschlussmaterial für nukleare Abfälle erforscht – konnte ein erhöhter Transport des Pu(IV) beobachtet werden, der durch Sorption des Pu an die mobilen Kolloide hervorgerufen wird. Zur Speziation von Plutonium im Ultraspurenbereich wurde im Rahmen dieser Arbeit an der Entwicklung der Kopplung der CE mit der sehr sensitiven RIMS gearbeitet. Das Prinzip der offline-Kopplung basiert auf dem Sammeln der zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Kapillare eluierten Oxidationsstufen in einzelnen Fraktionen. Aus jeder Fraktion wird ein eigenes Filament hergestellt und mit RIMS auf seinen Plutoniumgehalt untersucht. Eine erste Validierung der Methode konnte durch Bestimmung der Oxidationsstufenzusammensetzung eines bekannten Gemischs erfolgreich für einen Gehalt von ca. 6*10^9 Atome Pu-239 durchgeführt werden. Dies stellt einen möglichen Zugang zu dem erwarteten Konzentrationsbereich im Fernfeld eines Endlagers dar.
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Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Verbundprojektes „Wechselwirkung und Transport von Actiniden im natürlichen Tongestein unter Berücksichtigung von Huminstoffen und Tonorganika – Wechselwirkung von Neptunium und Plutonium mit natürlichem Tongestein“ durchgeführt. Diese Untersuchungen sollen die thermodynamische Datenbasis für Actiniden erweitern sowie Informationen zur Ableitung von Bewertungskriterien für die Endlagerung radioaktiver Abfälle in Ton als Wirtsgestein, insbesondere über das Rückhaltevermögen von Tongestein gegenüber Radionukliden, liefern. Dabei stand die Anwendung verschiedener Speziationstechniken wie CE-ICP-MS, UV/VIS und die apparative Entwicklung der CE-RIMS im Vordergrund. Es sollte das Verhalten von Plutonium in umweltrelevanten Medien und Konzentrationen, im Ultraspurenbereich, untersucht werden. Unabhängig davon sollten Uranproben aus dem 2. Weltkrieg und Umweltproben des Landesamts für Umwelt und Forsten Rheinland-Pfalz auf ihren Plutoniumgehalt analysiert werden. Dazu wurde zunächst ein neues ICP-MS-Gerät Agilent 7500ce in Betrieb genommen und auf die Verwendung in Kombination mit der Kapillarelektrophorese optimiert. Die erreichte Nachweisgrenze für die vier Oxidationsstufen des Pu beträgt 0,05 ppb des gesamten Plutoniums in Lösung. Mit Hilfe der CE-ICP-MS wurde die Redoxstabilität einer Mischung aus verschiedenen Oxidationszuständen des Plutoniums in Opalinus-Ton-Porenwasser und Vergleichsmedien unter aeroben und anaeroben Bedingungen mit der CE untersucht. Die Untersuchungen zeigen das Pu(III) bis zu 40 min im verwendeten Elektrolytsystem stabil ist und dann oxidiert wird. In Porenwasser wurde als vorherrschende Spezies Pu(V) bestimmt. Die Redoxstabilität von Pu(VI) wurde untersucht, dabei wurde festgestellt, dass sich Pu(VI) bereits durch einfaches Verdünnen reduzieren lässt. Weiterhin wurden die Kd-Werte für die Sorption von Plutonium an Opalinuston unter aeroben und anaeroben Bedingungen für Pu(III) und Pu(IV) im System Porenwasser/Opalinuston von Kd(aerob) Pu(III) ≈ 53 m3/kg, Kd(aerob) Pu(IV) ≈ 14 m3/kg, Kd(anaerob) Pu(III) ≈ 114 m3/kg, Kd(anaerob) Pu(IV) ≈ 178 m3/kg bestimmt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit war die Entwicklung, Optimierung und Anwendung der Kopplung CE-RIMS zur Speziation des Plutoniums im Ultraspurenbereich. Dies konnte erfolgreich in mehreren Schritten durchgeführt und an den Proben aus den Batchversuchen zur Kd-Wert Bestimmung angewandt werden. Der Memory-Effekt des an den Kapillarwänden sorbierenden Pu(IV) konnte mit der empfindlichen Kopplung CE-RIMS ebenfalls nachgewiesen werden.
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Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des BMWi-Verbundprojektes Wechselwirkung und Transport von Aktiniden im natürlichen Tongestein unter Berücksichtigung von Huminstoffen und Tonorganika – Wechselwirkung von Neptunium und Plutonium mit natürlichem Tongestein“ durchgeführt. Um die langfristige Sicherheit der nuklearen Endlager beurteilen zu können, muss eine mögliche Migration der radiotoxischen Abfälle in die Umwelt betrachtet werden. Wegen seiner langen Halbwertszeit (24000 a) leistet Pu-239 einen wesentlichen Beitrag zur Radiotoxizität abgebrannter Kernbrennstoffe in einem Endlager. Das redox-sensitive Pu tritt in Lösung unter umweltrelevanten Bedingungen in den Oxidationsstufen +III bis +VI auf und kann nebeneinander in bis zu vier Oxidationsstufen vorliegen. Tonsteinformationen werden als mögliches Wirtsgestein für Endlager hoch-radioaktiver Abfälle betrachtet. Deshalb sind ausführliche Informationen zur Mobilisierung und Immobilisierung des Pu durch/in das Grundwasser aus einem Endlager von besonderer Bedeutung. In dieser Arbeit wurden neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Pu und dem natürlichen Tongestein Opalinuston (OPA, Mont Terri, Schweiz) mit Hinblick auf die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in einem geologischen Tiefenlager gewonnen.rnDer Fokus der Arbeit lag dabei auf der Bestimmung der Speziation von Pu an der Mineraloberfläche nach Sorptions- und Diffusionsprozessen mittels verschiedener synchrotronbasierter Methoden (µ-XRF, µ-XANES/EXAFS, µ-XRD, XANES/EXAFS). rnDie Wechselwirkung zwischen Pu und OPA wurde zunächst in Batch- und Diffusionsexperimenten in Abhängigkeit verschiedener experimenteller Parameter (u.a. pH, Pu-Oxidationsstufe) untersucht. In Sorptionsexperimenten konnte gezeigt werden, dass einige Parameter (z.B. Temperatur, Huminsäure) einen deutlichen Einfluss auf die Sorption von Pu haben.rnDie Speziationsuntersuchungen wurden zum einen an Pulverproben aus Batchexperimenten und zum anderen an OPA-Dünnschliffen bzw. Diffusionsproben in Abhängigkeit verschiedener experimenteller Parameter durchgeführt. Die EXAFS-Messungen an der Pu LIII-Kante der Pulverproben ergaben, dass eine innersphäriche Sorption von Pu(IV) an Tongestein unabhängig von dem Ausgangsoxidationszustand des Plutoniums in Lösung stattgefunden hat. Durch die Kombination der ortsaufgelösten Methoden wurde erstmalig mittels μ-XRF die Verteilung von Pu und anderen in OPA enthaltenen Elementen bestimmt. µ-XANES-Spektren an Pu-Anreicherungen auf OPA-Dünnschliffen und in Diffusionsproben bestätigen, dass das weniger mobile Pu(IV) die dominierende Spezies nach den Sorptions- und Diffusionsprozessen ist. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal ein Diffusionsprofil von Pu in OPA mittels µ-XRF gemessen. Die Speziationsuntersuchungen mittels μ-XANES zeigten, dass das eingesetzte Pu(V) entlang seines Diffusionspfades zunehmend zu Pu(IV) reduziert wird. Mit µ-XRD wurde Illit als dominierende Umgebung, in der Pu angereichert wurde, identifiziert und Siderit als eine redoxaktive Phase auftreten kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Sicherheit von OPA als Wirtsgestein eines Endlagers hoch-radioaktiver Abfälle positiv zu bewerten ist. rn
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The thermal effects of three (one major and two minor) Miocene diabase intrusions on Cretaceous black shales from DSDP site 41-368 have been analyzed. A concentration gradient was observed, especially for the hydrocarbons, decreasing towards the major intrusion and between the three sills. The thermally-altered samples in the proximity of and between the sills contained elemental sulfur and an excess of thermally-derived pristane over phytane. whereas, the unaltered sediments contained no elemental sulfur, and more phytane than pristane. A maximum yield of the extractable hydrocarbons was observed at a depth of 7 m below the major sill. Two classes of molecular markers were present in this bitumen suite. The first was sesqui-, di- and triterpenoids and steranes. which could be correlated with both terrigenous and autochthonous sources. They were geologically mature and showed no significant changes due to the thermal stress. The second class was found in the altered samples, which contained only polynuclear aromatic hydrocarbons with low alkyl substitution and sulfur and oxygen heterocyclic aromatic compounds. These compounds were derived from pyrolytic reactions during the thermal event. Kerogen was isolated from all of these samples, but only traces of humic substances were present. The H/C, N/C, d13C, d34S and dD all exhibit the expected effects of thermal stress. The kerogen becomes more aromatized and richer in 13C, 34S and D in the proximity of and between the sills. Maturation trends were also measured by the vitrinite reflectance and electron spin resonance, where the thermal stress could be correlated with an elevated country rock temperature and an increased degree of aromaticity. The effects of in situ thermal stress on the organic-rich shales resulted in the generation and expulsion of petroliferous material from the vicinity of the sills.
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Cretaceous and Jurassic sediments 435 m thick were drilled at Site 511, in the basin province of the Falkland Plateau, during DSDP Leg 71. The calcareous Unit 3 and the clayey zeolitic Unit 4, both of Senonian age, revealed poorly preserved organic matter indicative of oxidized environments. The same characteristics prevailed for the clayey Unit 5 of Turonian to Albian age. Strictly reducing environments existed for black facies along Unit 6 of earliest Albian to Late Jurassic age and allowed the preservation of a rich organic material that is marine in origin. Besides the transition from reducing conditions in Unit 6 to oxidizing conditions in Unit 5, there are 20 meters of sediments in Cores 56-58 where detrital, nonmarine and then marine organic matter, both implying more or less reducing environments, are interlain by poorly preserved material. In the black shales of the bottom Cores 69 and 70, some nonmarine detritus is mixed with the predominantly marine organic material. An immature stage of evolution can be assigned to all of the samples studied. The chapter also undertakes a comparison with contemporaneous lithologies at adjacent Sites 327 and 330 and attempts some reconstruction of the geography of the eastern Falkland Plateau during the Mesozoic.
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Gravelly clay loamy and clayey soils developed from the derivatives of ultramafic rocks of the dunite-harzburgite complex of the Rai-Iz massif in the Polar Urals have been studied. They are represented by raw-humus pelozems (weakly developed clayey soils) under conditions of perfect drainage on steep slopes and by the gleyzems (Gleysols) with vivid gley color patterns in the eluvial positions on leveled elements of the relief. The magnesium released from the silicates with the high content of this element (mainly from olivine) specifies the neutral-alkaline reaction in these soils. Cryoturbation, the accumulation of raw humus, the impregnation of the soil mass with humic substances, gleyzation, and the ferrugination of the gleyed horizons are also clearly pronounced in the studied soils. Despite the high pH values, the destruction of supergene smectites in the upper horizons and ferrugination (the accumulation of iron hydroxides) in the microfissures dissecting the grains of olivine, pyroxene, and serpentine, and in decomposing plant tissues take place. The development of these processes may be related to the local acidification (neutralization) of the soil medium under the impact of biota and carbonic acids. The specificity of gleyzation in the soils developing from ultra-mafic rocks is shown in the absence of iron depletion from the fine earth material against the background of the greenish blue gley color pattern.
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Both the olivine-hearing tholeiite basalts of the island and the brown soils which have developed on the basalts contain 2-20% of a swelling clay mineral. It emerges from chemical, optical, X-ray diffraction and differential thermal analytical studies that this clay mineral is a Mg-rich, Fe2+ and AI-bearing tri-octahedral smectite, e. g. Mg-saponite. Due to petrographic and crystal chemical properties the saponite should have been formed by hydrothermal alteration of the primary Mg-Fe-minerals olivine and clinopyroxene. The soils consist of plagioclase, saponite and goethite which has been formed by chemical weathering within the soils. In the uppermost layer some of the soils contain humic substances and phosphatic material, the latter may be related to the recent production of guano.