Physical and Chemical Speciation of Iron in the Polar Oceans
|  |
| Abstract |
1. Over ijzer en complexatie IJzer (Fe) is vierde op de lijst van meest voorkomende elementen in de aardkorst (5 gewichtsprocent). Echter, de concentraties in zeewater zijn bijzonder laag. Tijdens de evolutie van de aarde ontstonden algen die fotosynthese konden doen. Dit introduceerde zuurstof in de oceanen zodat Fe op grote schaal neersloeg. Heden ten dage is Fe zo’n schaars element dat in 40% van de oceanen fytoplankton (algen) gelimiteerd worden in hun groei door gebrek aan ijzer. We noemen dat HNLC (hoog nutriënt, laag chlorofyl) gebieden. Ondanks de lage concentratie, is Fe een essentieel element voor de groei van fytoplankton in de bovenste laag van de oceaan. Het wordt gebruikt in enzymen and belangrijke processen zoals fotosynthese. Fytoplankton is de basis van de voedselketen in de oceaan en is ook verantwoordelijk voor de vastlegging van het broeikasgas CO2. Microbes zoals bacteriën en archaea hebben ook Fe nodig om te kunnen leven. Deze organismen zijn in tegenstelling tot fytoplankton aanwezig in de gehele waterkolom. Zij zijn verantwoordelijk voor de afbraak en remineralisatie van naar beneden zinkend organisch materiaal. Toch kan opgelost Fe aanwezig zijn in concentraties boven het oplosbaarheidsproduct van Fe-oxides en -hydroxides door de aanwezigheid van natuurlijke liganden. Deze liganden binden het opgeloste Fe en houden het daarmee in oplossing. Ze zijn voornamelijk organisch, afkomstig van organismen. De binding van Fe met deze liganden noemen we ook wel complexatie. De verdeling van Fe over zijn opgeloste en vaste fases in zeewater hangt af van de competitie tussen processen die het oplossen en neerslaan bepalen en van de aanwezigheid van externe Fe bronnen. De binding door liganden zorgt voor het in oplossing gaan en blijven van Fe. Dit proces vergroot de verblijftijd van Fe in zeewater en verhoogt de potentiële beschikbaarheid van Fe voor organismen. Het verdwijnen uit de opgeloste fase wordt voornamelijk bepaald door neerslaan als oxide of als hydroxide en door “scavenging”. Scavenging is een Engelse term die moeilijk te vertalen is, stofzuigen komt nog het meest in de buurt. Deeltjes groter dan 0.2 micron (>0.2 µm) die in de oceanen naar beneden zakken adsorberen Fe op de weg naar beneden. Dit adsorberen wordt scavenging genoemd. Van fijne colloidale deeltjes is het bekend dat ze erg reactief zijn en dat de verblijftijd in zeewater lang kan zijn omdat ze niet zinken. Deze colloidale deeltjes kunnen echter een eerste stap vormen in het verdwijnen uit de opgeloste fase, omdat ze kunnen samenklonteren en als grotere aggregaten wel kunnen zinken. 2. De speciatie van Fe in dit onderzoek In dit onderzoek werd de speciatie van Fe, de verdeling over de verschillende vormen waarin Fe voorkomt, bestudeerd. Dit werd gedaan door middel van filtratie in drie verschillende groottes (fysische speciatie) en door middel van chemische speciatie in iedere onderscheiden grootte. De studie van chemische speciatie bestond uit de karakterisering van de Fe bindende liganden door het bepalen van de bindingsterkte en van de concentratie van liganden. De Fe speciatie werd bestudeerd in het kader van het internationale programma GEOTRACES tijdens het Internationale Polaire Jaar (International Polar Year, IPY). De eerste vaartocht vond plaats in 2007 in het oostelijk deel van de Atlantische Oceaan voor de kust van Portugal (Hoofdstuk 3). Hierna volgden drie vaartochten in polaire gebieden, de eerste in 2007 naar de Noordelijke IJszee (Hoofdstuk 6), een tweede in 2008 naar het Atlantische deel van de Zuidelijke Oceaan (Hoofdstukken 4 en 5) en de derde in 2009 naar de Amundsen Zee (Zuidelijke Oceaan) ten westen van het Antarctisch Schiereiland (Hoofdstuk 7). De belangrijkste conclusies worden hieronder besproken. Drie fracties zijn onderscheiden in dit onderzoek: 1) de totale fractie waarmee het natuurlijke monster bedoeld wordt, dit bevat ook het particulaire deel (>0.2 µm), hierin wordt TDFe gemeten (dat gedeelte van het Fe in he |
|
