6.4 Sedimentkemiske data fra nye boringer

I forbindelse med den grundvandskemiske kortlægning kan der udtages prøver til forskellige sedimentkemisk analyser, herunder bl.a. til bestemmelse af jordlagenes nitratreduktionskapacitet.

Sedimentkemiske data fra nye boringer omfatter

  • Sedimentkemisk beskrivelse af prøverne i felten eller hurtigst muligt efter prøvetagning
  • Sedimentkemiske analyser i laboratoriet

Udtagning af sedimentprøver i felten
De sedimentkemiske prøver bør udtages efter en nøje gennemtænkt prøvetagningsstragi, hvor krav til prøvetagningsdybder, homogenisering, sammenblanding af prøver, neddeling etc. beskrives. Prøvetagningsstrategien skal sikre, at prøverne er repræsentative for de geologiske enheder, hvorfra der ønskes geokemiske informationer.

Vedrørende prøvetagningsstrategier og tolkningsmuligheder kan der for nærværende hentes inspiration fra Århus Amt (2006a), hvor der er givet forslag til metode til optimering af den sedimentkemiske prøvetagning, som tager udgangspunkt i den statistiske teori TOS (Theory of Sampling).

Hvis der ikke foreligger en strategi for udtagningen af sedimentprøver til kemisk analyse anbefales det, at der udtages sedimentprøver fra hver meter i boringen samt ved lagskifte.

Emballering af sedimentprøver
Før sedimentprøverne emballeres, renses de grundigt for materiale, der stammer andre steder fra i boringen. Luftens indhold af ilt påvirker kun i ubetydelig grad den kemiske og mineralogiske sammensætning af sedimentprøver fra den oxiderede zone, mens prøver fra den nitratholdige og den reducerede zone påvirkes ved kontakt med atmosfæren.

Når prøver udtages med snegl renses de for fremmed materiale før emballering. Udtagning af prøver fra andre boretyper kan bevirke, at sedimentet først placeres på en fiberdug eller udtages fra eksempelvis en murerbalje. Her er det nødvendigt at være meget varsom ved prøvetagningen for ikke at få evt. iltet materiale med.

Til brug for de efterfølgende analyseprogrammer skal der normalt kun bruges lidt materiale men det anbefales, at der udtages 100-200 g prøve, som hurtigst muligt emballeres for at undgå udtørring og eventuel iltning af prøven. Det anbefales, at anvende en lufttæt emballage, eksempelvis metaldåser, hvor sedimentprøven indledningsvis er anbragt i en plasticpose (eksemelvis polyethylen-poser eller rilsanposer) for at sikre, at der ikke sker en afsmitning fra dåsen. Hvis sedimentprøverne skal fryses, kan det ikke anbefales at anvende rilsanposer, idet disse poser let går i stykker, når de fryses, hvilket vanskeliggør den senere håndtering i laboratoriet. Hvis sedimentprøverne imidlertid ønskes anvendt til analyse af tungmetaller (og hvor frysning ikke er nødvendig), bør der anvendes rilsanposer.

Tabel 6.2. Oversigt over hvorledes sedimentprøver anbefales opbevaret i felten efter udtagning samt i perioden fra udtagning og indtil analyse. Hvis der skal foretages flere analyser på den samme jordprøver opbevares prøven ved den laveste temperatur analysepakken foreskriver.
tabel6_2

Sedimentprøverne opbevares ved stuetemperatur, på køl eller i frossen tilstand afhængig af det ønskedes analyseprogram, jfr. tabel 6.2. Sedimentprøver, der skal opbevares koldt, anbringes på køl straks efter udtagning i felten. Sedimentprøver, der skal opbevares frosne, overføres hurtigst muligt, normalt ved ophør af dagens arbejde, til en fryser, hvor de opbevares indtil analyse.

Sedimentkemisk beskrivelse i felten
Det anbefales, at sedimentprøverne beskrives i felten umiddelbart efter de er udtaget. Prøvebeskrivelserne omfatter:

  • En geologisk beskrivelse
  • Påvisning af kalk, med saltsyre (10 % HCl), Hvis det bruser, er det en positiv indikator for kalk. Oplysninger om kalkindholdet bidrager til en kortlægning af kalkfrie zoner, herunder udbredelsen af den sure front, der sammen med andre data om redoxforhold bidrager til kortlægningen og beskrivelse af forskellige geokemiske miljøer. Dybereliggende kalkfrie zoner kan ligeledes indgå kortlægningen af hydraulisk aktive lag.
  • Påvisning af organisk stof med natriumhydroxid (3 % NaOH). Mørkfarvning af prøven er en positiv indikator for organisk stof.
  • Påvisning af manganoxider med brintoverilte (10 % H2O2). Mørkfarvning af prøven er en positiv indikator for manganoxider.
  • Beskrivelse af sedimentets farve. Sedimentprøvens basisfarve og farvemønstre beskrives ved brug af et farvekort. Det anbefales, at anvende Munsell soil color charts. Iltede jordlag er typisk gule, gulbrune, brune og gråbrune farver, mens reducerede jordlag er grå, brungrå, grågrønne eller sorte (Ernstsen m.fl., 2001). Afhængig af boremetode kan det være ønskeligt at beskrive såvel sediments egenfarve som skyllevandets farve, idet nogle prøver har en stærk egenfarve, som dækker over bl.a. jernoxider, der kan iagttages i skyllevand.

Sedimentkemisk beskrivelse i laboratoriet
Sker den sedimentkemiske prøvebeskrivelse ikke i felten, stilles der ikke yderligere krav til opbevaring, idet det dog anbefales, at beskrivelsen finder sted hurtigst mulig efter at sedimentprøverne er udtaget. Prøvebeskrivelsen i laboratoriet sker efter samme fremgangsmåde som ovenfor beskrevet i afsnittet ”sedimentkemisk beskrivelse i felten”.

Sedimentanalyser i laboratoriet
Valget af analyseprogram afhænger af formålet med undersøgelsen. Nogle analyser gennemføres på ubehandlet, naturfugtig jord, mens andre analyser gennemføres på luft- eller ovntørret sediment, hvorfra de største partikler først fjernes ved sigtning (typisk gennem en 2 mm sigte), hvorefter analysen gennemføres på finjordsfraktionen (< 2mm).

I sedimenter, hvor finjordsfraktionen udgør en ringe del (10-20 %) af den totale sedimentprøve, anbefales at supplere med kornstørrelsesanalyser for de tilsvarende geologiske lag, hvis redoxkapaciteten ønskes beregnet. For langt de fleste typiske sedimenter vil det ikke være nødvendigt at bestemme kornstørrelsessammensætningen forud for beregningen, idet andre usikkerheder såsom volumenvægte, naturlig variation mm., ligeledes indvirker på beregningen.

Nitratreduktionskapacitet – potentiel og aktuel
I den hidtidige kortlægning af jordlagenes nitratreducerende evne har den normale procedure omfattet analyser af pyrit, organisk stof og ferrojern (Ernstsen m.fl., 2001).

I en beskrivelse af sedimenternes potentielle nitratreduktionskapacitet summeres bidraget fra pyrit, organisk stof og ferrojern (strukturelt og ombytteligt) i reducerede sedimenter. For at begrænse udgifterne til kortlægningen, eller fordi prøverne er blevet kontamineret med organisk stof og ferrojern under borearbejdet (e.g. lufthæveboringer), kan man vælge at reducere analyseprogrammet til udelukkende at omfatte pyrit, der antages at repræsentere den mest aktive pulje af nitratreduktionskapacitet. Ved at sammenligne puljen af pyrit, organisk stof og ferrojern i reducerede sedimenter med den tilsvarende pulje i oxiderede sedimenter, kan den aktuelle, tilgængelige, pulje af nitratreduktionskapacitet beregnes (Ernstsen m.fl., 2001).

Valg af analysemetode
Bestemmelse af pyrit med røntgendiffraktion - Indholdet af pyrit i sedimentet kan måles ved røntgendiffraktion (XRD). Detektionsgrænsen for pyrit ved denne metode er forholdsvis høj, ca. 1 w/w %, hvorfor metoden normalt ikke anvendelig for de mest typiske danske sedimenter.

Bestemmelse af pyrit med to-trins-kogning med salt- og saltpetersyre - Her bestemmes pyrit efter et to trins kogeprogram, hvor prøven først koges med saltsyre for at fjerne al jern på nær det, som indgår i pyrit. Jern i pyrit opløses ved den efterfølgende kogning med salpetersyre. Herefter måles prøvens indhold af jern, der omregnes til pyrit (FeS2). Hvis kogetiden med saltsyre er for kort, kan der være jernoxid tilbage efter den første kogning, som efter kogning med salpeter indgår i slutmålingen af jern og dermed bidrager til falske positive værdier for geokemiske miljøer, hvor pyrit ikke forventes at være tilstede. De såkaldte falske positive værdier er normalt kun knyttet til prøver fra den oxiderede zone, hvor kogningen i forbindelse med 1. trin af analysen ikke indebære den nødvendige fjernelse af jernoxider. En rest pyrit kan undtagelsesvis forekomme under oxiderede forhold, hvis pyritkrystaller er blevet kapslet ind i en kappe af jernoxider i forbindelse med iltningen. Der er således god grund til at være opmærksom på, at tilsyneladende indhold af pyrit under fuldt ud oxiderede forhold, kan skyldes en for utilstrækkelig prøveforbehandling.

Bestemmelse af ferrojern - Ferrojern bestemmes spektrofotometrisk efter kogning med en blanding af svovlsyre (H2SO4), flussyre (HF) og phenantrolin (C12H9CIN2, H2O) eller ved titrering af Fe(II).

Bestemmelse af organisk stof - Indholdet af organisk stof (eller TOC: total organic carbon) bestemmes ved udviklingen af kuldioxid (CO2) når det forbehandlede og nedknuste sediment opvarmes under tilførsel af ilt. Målingen foretages på finjordsfraktionen (< 2 mm) efter forbehandling med saltsyre (HCl) for at fjerne eventuelt kalk. Den overskydende saltsyre fjernes ved at vaske prøven gentagne gange med vand. Fjernes saltsyren ikke fuldstændig, vil det tilbageblevne klorid måles sammen med kuldioxid, og mængden af organisk stof vil fremstå større end den egentlig er.

Total bestemmelse af nitratreduktionskapacitet. Det er også muligt at bestemme den totale tilgængelige pulje af nitrat-reduktionskapacitet. Her kan bl.a. anvendes en metode, hvor forbruget af en cerium(IV)-opløsning i kontakt med jordprøven bestemmes ved titrering med ferrosulfat (Ernstsen m.fl., 2005). Prisen for denne analyse af den samlede reduktionskapacitet er langt billigere end den samlede pris for analyser af parametrene pyrit, organisk stof og ferrojern. Den forholdsvis billige analysemetode kan med fordel anvendes til at forøge antallet af analyser per boring for derigennem at opnå et bedre kendskab til variationen i reduktionskapaciteten i finjordsfraktionen med dybden samt i et større antal boringer til en beskrivelse af den geografiske fordeling af reduktionskapacitet. I figur 6.2 vises resultaterne fra et par dybe boringer, hvor sedimentprøverne er udtaget med lufthævemetoden.

figur6_2

Figur 6.2. Nitratreduktionskapacitet i finjordsfraktionen bestemt ved ceriummetoden i to boringer.

Udvalgte prøver vil efterfølgende kunne analyseres på ”enkeltparameter” niveau for derigennem at få et øget indblik i fordelingen af forskellige puljer af reducerende forbindelser som f.eks. pyrit, organisk stof og ferrojern. I figur 6.3 ses sammenhængen mellem reduktionskapaciteter bestemt ved brug af ceriummetoden og reduktionskapaciteten beregnet på basis af analyser af pyrit, organisk stof og ferrojern.

figur6_3

Figur 6.3. Nitratreduktionskapacitet i finjordsfraktionen (<2mm) bestemt ved ceriummetoden (y-aksen) og ved puljer af organisk stof (TOC), ferrojern og pyrit (x-aksen) i sedimenter.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *