Πώς συμπεριφέρονται τα ιχνοστοιχεία σε οργανο-ορυκτά εδάφη;
Όλα τα εδάφη φιλοξενούν μικροαδρανή. Αυτά τα μικρο-αδρανή αποτελούνται από μικρότερες δομικές μονάδες όπως ορυκτά ή οργανικά και βιοτικά υλικά που γίνονται πιο πολύπλοκα με την αύξηση του μεγέθους. Στο πλαίσιο αυτό, οι οργανο-ορυκτικές ενώσεις μπορούν να θεωρηθούν ως δομικές μονάδες εδαφικών αδρανών και ως εκ τούτου διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο στη βιογεωχημική διαδικασία των εδαφών.
Τα ορυκτά του εδάφους και η οργανική ύλη (ΟΜ) διαθέτουν επίσης πολύ υψηλή ικανότητα δέσμευσης μετάλλων, κυρίως λόγω των μεγάλων επιφανειών και των άφθονων επιφανειακών αντιδραστικών θέσεων προσρόφησης. Ως εκ τούτου, οι οργανο-ορυκτικές ενώσεις μπορεί να αλλάξουν σημαντικά τη δέσμευση ιχνοστοιχείων στις διεπαφές πολλών συστατικών, γεγονός που έχει βαθύ αντίκτυπο στον βιογεωχημικό κύκλο των ιχνοστοιχείων σε φυσικά περιβάλλοντα.
Ο Huihui Du, αναπληρωτής καθηγητής Περιβαλλοντικής Επιστήμης από το Hunan Agricultural University και οι συνεργάτες του επικεντρώθηκαν σε αυτό το ερώτημα και εντόπισαν πώς συμπεριφέρεται ο χαλκός σε ένα σύνθετο συγκρότημα Al-OM σε μια πρόσφατη μελέτη με τίτλο «Sorption of Cu(II) by Al hydroxide organo-mineral concipitates:Παρατηρήσεις Microcalorimetry and NanoSIMS», δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Chemical Geology . Στόχος μας ήταν να παρέχουμε μια καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς Cu σε εδάφη και ιζήματα πλούσια σε Al και να παρουσιάσουμε τα κύρια άγνωστα στην τρέχουσα έρευνα συσχέτισης οργανο-ορυκτών.
Σε ένα καλά ελεγχόμενο σύστημα, αντιγράψαμε το σχηματισμό συγκαταβύθισης Al-OM σε εδάφη και ιζήματα συνθέτοντας σύνθετα υλικά χρησιμοποιώντας χουμικό οξύ Sigma-Aldrich κατά τη διάρκεια της συγκαταβύθισης με υδροξείδιο του Al. Παρατηρήσαμε μια ταχεία διαδικασία καθίζησης για να σχηματιστεί ένα υγρό γαλακτώματος. Χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης υψηλής ανάλυσης, βρίσκουμε άμορφα συσσωματωμένα νανοσωματίδια Al-OM. Το περιθλασίμετρο ακτίνων Χ επιβεβαίωσε επίσης τη μη κρυσταλλική δομή. Η στενή σύνδεση του Al-OM μπορεί να προκύψει από την ηλεκτροστατική έλξη και την επιφανειακή συμπλοκοποίηση μεταξύ Al-OH και COOH.
Όταν ο Cu εισέρχεται στο εναιώρημα συναρμολόγησης Al-OM, η προσρόφηση λαμβάνει χώρα γρήγορα μέσα σε μερικά λεπτά. Η προσρόφηση Cu ευνοείται περισσότερο σε υψηλές τιμές pH. Το Al-OM συγκεντρώνει ροφήματα περισσότερο Cu από το αντίστοιχο καθαρό Al, που πιθανώς αποδίδεται στις πρόσθετες θέσεις δέσμευσης που υπάρχουν στο OM, όπως οι καρβοξυλικές ομάδες.
Ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον να γνωρίζουμε είναι πώς κατανέμεται το Cu στα σύνθετα συγκροτήματα Al-OM, δηλαδή, αν ο Cu αρέσουν τις φάσεις Al ή τις φάσεις OM. Χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας νανο δευτερογενών ιόντων, σχεδιάσαμε έναν στοιχειακό χάρτη κατανομής των Cu, Al και C. Είναι ενδιαφέρον ότι στον Cu αρέσει το κλάσμα OM σε χαμηλό pH ενώ στον Cu προτιμά τις φάσεις Al σε υψηλό pH. Μια άλλη σημαντική πτυχή είναι η σειρά της ακολουθίας προσρόφησης. Χρησιμοποιώντας θερμιδομετρία ισοθερμικής τιτλοδότησης, διαπιστώσαμε ότι το Cu πρώτα προσροφάται στο κλάσμα OM και στη συνέχεια προσροφάται στο κλάσμα Al.
Αυτή η μελέτη αυξάνει την κατανόηση των αλληλεπιδράσεων Al–OM και είναι επωφελής για την κατασκευή μελλοντικών θερμοδυναμικών μοντέλων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στην ερμηνεία των γεωχημικών σημάτων Cu σε γεωλογικά περιβάλλοντα πλούσια σε Al/οργανικά. Τέλος, ελπίζουμε να εμπνεύσουμε μια νέα ομάδα εδαφοεπιστημόνων, ώστε να επικεντρώσουν την έρευνά τους στη βελτίωση της κατανόησης του ρόλου των οργανο-ορυκτών ενώσεων στο σύστημα των αδρανών και να βοηθήσουν στην ανάπτυξη μιας ενοποιημένης και ποσοτικής αντίληψης των διαδικασιών συσσωμάτωσης στα εδάφη.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Sorption of Cu(II) by Al hydroxide organo-mineral concipitates:Microcalorimetry and NanoSIMS observations, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Chemical Geology . Αυτή η εργασία διεξήχθη από μια ομάδα συμπεριλαμβανομένων των Huihui Du, Boqing Tie και Ming Lei et al., από το Hunan Agricultural University και Qiaoyun Huang από το Huazhong Agricultural University.
Αναφορά:
- Du H*, Huang Q, Zhou M, Tie B, Lei M, Wei X, Liu X. (2018) Ρόφηση Cu(II) από συγκαταβύθιση οργανο-ορυκτών υδροξειδίου του Al:Παρατηρήσεις μικροθερμιδομετρίας και NanoSIMS. Chemical Geology, 499, 165-171. doi:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S000925411830473X.
