| 1. |
- Ketzer, João Marcelo, et al.
(författare)
-
Near seafloor methane flux in the world's largest human-induced dead zone is regulated by sediment accumulation rate
- 2024
-
Ingår i: Marine Geology. - : Elsevier. - 0025-3227 .- 1872-6151. ; 468
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The vast oxygen-depleted area of the central Baltic Sea is the largest human-induced dead zone in the world with 70,000 km(2) or approximately three times the second largest one in the Gulf of Mexico. Methane occurs in high concentrations in bottom waters (3200 nM) and sediments (30 mM), and its dynamics is better constrained for the water column, but still poorly understood on sediments. Here we show that sediment accumulation rate plays a major role in regulating the quantity of organic matter and its residence time in the sulphate reduction and methanogenesis zones and, therefore, affects methane generation, consumption, and diffusive flux in sediments near the seafloor (< 1 m). High fluxes found in high sediment accumulation rate areas and competition for substrate (organoclastic sulphate reduction vs. anaerobic oxidation of methane with sulphate), compromise the ability of the thin microbial filter to consume and prevent methane diffusion through the seafloor.
|
|
| 2. |
- Seidel, Laura, et al.
(författare)
-
Weakened resilience of benthic microbial communities in the face of climate change
- 2022
-
Ingår i: ISME Communications. - : Springer Nature. - 2730-6151. ; 2:1
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Increased ocean temperature associated with climate change is especially intensified in coastal areas and its influence on microbialcommunities and biogeochemical cycling is poorly understood. In this study, we sampled a Baltic Sea bay that has undergone 50years of warmer temperatures similar to RCP5-8.5 predictions due to cooling water release from a nuclear power plant. The systemdemonstrated reduced oxygen concentrations, decreased anaerobic electron acceptors, and higher rates of sulfate reduction.Chemical analyses, 16S rRNA gene amplicons, and RNA transcripts all supported sediment anaerobic reactions occurring closer tothe sediment-water interface. This resulted in higher microbial diversities and raised sulfate reduction and methanogenesistranscripts, also supporting increased production of toxic sulfide and the greenhouse gas methane closer to the sediment surface,with possible release to oxygen deficient waters. RNA transcripts supported prolonged periods of cyanobacterial bloom that mayresult in increased climate change related coastal anoxia. Finally, while metatranscriptomics suggested increased energyproduction in the heated bay, a large number of stress transcripts indicated the communities had not adapted to the increasedtemperature and had weakened resilience. The results point to a potential feedback loop, whereby increased temperatures mayamplify negative effects at the base of coastal biochemical cycling.
|
|
| 3. |
- Shahabi-Ghahfarokhi, Sina, et al.
(författare)
-
Background concentrations and extent of Cu, As, Co, and U contamination in Baltic Sea sediments
- 2021
-
Ingår i: Journal of Sea Research. - : Elsevier. - 1385-1101 .- 1873-1414. ; 176
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- This study established background (pre-industrial) values of copper (Cu), arsenic (As), cobalt (Co), and uranium (U) in Baltic Sea sediments. The indicated background values could help identifying the spatial and temporal anthropogenic loads of these elements (metals and metalloids) in the Baltic Sea. In this study, 137 sediment samples were collected from cores obtained from 13 monitoring stations in the Gulf of Bothnia (Bothnian Bay and Sea) and the entire Baltic Proper. To understand the extent of contamination, we used direct and combined methods to define the geochemical background values as inputs for the geochemical index (Igeo) calculation. The obtained values were then compared with the background values established by the Swedish Environmental Protection Agency. From the direct method, Cu, Co, As, and U had background values of 39, 21.5, 12.4, and 6.3 mg kg−1 DW. Copper and U exhibited concentrations above the background values in surface sediment in the western and eastern Baltic Proper (maximum Igeo indicates moderate contamination). Arsenic was above background concentrations in the Baltic Sea and highest in the Gulf of Bothnia (maximum Igeo indicates strong contamination). Cobalt concentrations were within the range of background values (no contamination).
|
|
| 4. |
- Shahabi-Ghahfarokhi, Sina
(författare)
-
Baltic Sea sediments : Source and sink for metal contamination
- 2022
-
Doktorsavhandling (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- The Baltic Sea sediments record spatial and temporal information about metalsand metalloids (hereafter referred to as metals), which could help to understandthe past and present contamination sinks in different basins. In addition, giventhe expanding anoxic zones in the Baltic Sea, the response of metals to artificialreoxygenation is poorly understood. This thesis calculated background valuesfor As, Cd, Co, Cu, Pb, U, and Zn and measured their concentration in sedimentsfrom pre-industrial to recent times. Metal concentration peaks during the1970—1980s and clearly decline till present-day, possibly owing to effectivepollution control measures. Furthermore, anoxic Baltic Proper sedimentssubjected to reoxygenation experiments showed that As, Ba, Co, K, Mn, Rb, U,Sr, and Mo are released to bottom waters, suggesting possible aggravation ofmetal pollution if such mitigation option is applied.During previous coastline transgression (5000 years before CE), rich sulfidicsediments (known as potential acid sulfate soils) were deposited and laterexposed to air by natural processes and/or by artificial drainage systems ofcoastal areas of the present-day Baltic Sea. Oxidation of sulfidic phases resultedin the formation of acid sulfate soils, which are a potential source of metalcontamination to drainage areas. This thesis investigated an area in Kristianstad,southern Sweden, in which metal contamination is sourced from acid sulfatesoils. From the acid sulfate soil site, the dispersion showed enrichment of Fe inthe adjacent wetland in the form of akaganeite/schwertmannite, identified usingX-ray absorption spectroscopy. Furthermore, Be, U, rare-earth elements, and Alwere enriched in the drain sediments. Simultaneously, metals such as Mn, Co,Ni, Zn, and Cd were not or only marginally enriched in the drain sediment. Aremediation experiment to remove metals from the drainage water using spentcoffee-grounds and dissolved humic acid was performed. The spent coffeegroundsefficiently removed Al, Ca, Co, Fe, Mn, Ni, and Zn via adsorption, butfail to remove S from the acid sulfate soil drainage. However, the dissolvedhumic acid removed up to 25% of the S from the drainage.
|
|
| 5. |
- Shahabi-Ghahfarokhi, Sina, et al.
(författare)
-
Baltic Sea sediments record anthropogenic loads of Cd, Pb, and Zn
- 2021
-
Ingår i: Environmental Science and Pollution Research. - : Springer. - 0944-1344 .- 1614-7499. ; 28, s. 6162-6175
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The unsustainable settlement and high industrialization around the catchment of the Baltic Sea has left records of anthropogenic heavy metal contamination in Baltic Sea sediments. Here, we show that sediments record post-industrial and anthropogenic loads of Cd, Zn, and Pb over a large spatial scale in the Baltic Sea. We also demonstrate that there is a control on the accumulation of these metals in relation to oxic/anoxic conditions of bottom waters. The total concentrations of Cd, Zn, and Pb were obtained with the near-total digestion method in thirteen cores collected from the Bothnian Bay, the Bothnian Sea, and the west and central Baltic Proper. The lowest average concentrations of Cd, Zn, and Pb were observed in Bothnian Bay (0.4, 125, 40.2 mg kg−1 DW, respectively). In contrast, the highest concentrations were observed in the west Baltic Proper (5.5, 435, and 56.6 mg kg−1 DW, respectively). The results indicate an increasing trend for Cd, Zn, and Pb from the early nineteenth century until the 1970s, followed by a decrease until 2000–2008. However, surface sediments still have concentrations above the pre-industrial values suggested by the Swedish EPA (Cd is 0.2, Zn is 85, and Pb is 31 mg kg−1 DW). The results also show that the pre-industrial Cd, Zn, and Pb concentrations obtained from 3 cores with ages < 1500 B.C. were 1.8, 1.7, and 1.2 times higher, respectively, than the pre-industrial values suggested by the Swedish EPA. To conclude, accumulations of metals in the Baltic Sea are governed by anthropogenic load and the redox conditions of the environment. The significance of correct environmental governance (measures) can be illustrated with the reduction in the pollution of Pb, Zn, and Cd within the Baltic Sea since the 1980s.
|
|
| 6. |
- Shahabi-Ghahfarokhi, Sina, et al.
(författare)
-
Extensive dispersion of metals from hemiboreal acid sulfate soil into adjacent drain and wetland
- 2024
-
Ingår i: Applied Geochemistry. - : Elsevier Ltd.. - 0883-2927 .- 1872-9134. ; 136
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Extensive red/brown precipitates of unknown origin and composition have caused ecological degradation of a wetland nature reserve (the Water Kingdom Biosphere Reserve) in the hemiboreal zone in south Sweden. Chemical analyses of samples containing the precipitates showed strong dominates of Fe and elevated levels of rare earth elements (REEs), Be, and U. In addition, synchrotron-based analyses indicated that the Fe in these precipitates was bound largely in akageneite and/or schwertmannite. Under nearby farmlands, acid sulfate soils, developing on sulfide-bearing sediments and notorious for abundant export of metals, were identified and found to be widespread, deep (down to the sampling depth of 180 cm or deeper), and very acidic (minimum pH range for soil profiles: 2.8–3.5). In-between the farmland and wetland was a central drain that can act as both a transporter and sink of elements leached from the acid sulfate soils. In the drain had accumulated sediments that had strongly elevated concentrations of Al (15%), ∑REE (2725 mg/kg), Be (15 mg/kg), and U (37 mg/kg). Based on these data and features, a conceptual model for the areas was proposed. The acid sulfate soil releases several major and trace elements, including Fe2+, which are transported in acidic waters via drainpipes to the central drain where pH increases, causing extensive precipitation of Al, REEs, Be, and U as well as Fe2+ oxidation and formation of Fe oxyhydroxides and oxyhydroxysulfates. A substantial part of the Fe2+ in the drain water, however, remains in solution, so when this water is ultimately pumped to the wetland, large amounts of Fe2+ together with significant amounts of Al, REEs, Be, and U and transported to the wetland where Fe2+ is finally oxidized, precipitated and retained. Yet several other metals, leached abundantly from the acid sulfate soils (Mn, Zn, Ni, Co, and Cd), were not found in elevated levels in any of the recipients and therefore most likely have been transported beyond our sampling sites and has thus reached further outin the ecologically sensitive wetland.
|
|
| 7. |
- Shahabi-Ghahfarokhi, Sina, et al.
(författare)
-
Removal and potential recovery of dissolved metals from acid sulfate soil drainage by spent coffee-grounds and dissolved organic carbon
- 2022
-
Ingår i: Environmental Advances. - : Elsevier. - 2666-7657. ; 8
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- This study explores the reuse of spent coffee-grounds (SCGs) and the use of dissolved humic acid (DHA) to remediate acid sulfate (AS) soil drainage using adsorption and precipitation experiments, with changing pH,weight/volume, and concentrations (mg/L of dissolved organic carbon). In addition, this study aims to extend the usability of the SCGs, after being reacted with AS soil drainage, by identifying the potential recovery of incinerated SCGs from the ash of the SCGs produced incineration. As compared to DHA, the SCGs had greater efficiency in removing metals, such as Al (98%), Ca (96%), Co (94%), Fe (88%), Mn (100%), Ni (93%), and Zn (96%). However, the removal of Fe was significantly reduced when higher weight/volume of SCGs were introduced. In addition, SCGs could not bind sulfur, while DHA had removed up to 25% of S from the solution.This suggests the simultaneous use of SCGs and DHA could restrict the formation of problematic Fe(III) secondary compounds (e.g., schwertmannite/akaganeite) which are problematic in some AS soil settings. The results show that Co (69%), Ni (58%), Mn (60%), Fe (59%), Zn (55%), and Al (34%) had the highest recovery percentage by sequential chemical extraction, respectively. The recovery of metals, as well as the removal of dissolved metals from the drainage water, illustrates the effectiveness of the proposed approach for SCGs reuse.
|
|
| 8. |
- Shahabi-Ghahfarokhi, Sina, et al.
(författare)
-
The response of metal mobilization and redistribution to reoxygenation in Baltic Sea anoxic sediments
- 2022
-
Ingår i: Science of the Total Environment. - : Elsevier. - 0048-9697 .- 1879-1026. ; 837
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- To bring life back to anoxic coastal and sea basins, reoxygenation of anoxic/hypoxic zones has been proposed. This research focuses on the metals released during the oxidization of sediments from two locations in the anoxic Eastern Gotland Basin under a laboratory-scale study. Triplicate experimental cores and reference cores were collected from the North and South Eastern Gotland Basins. The oxygenation of the water column took place over a 96-hour experiment in a dark and 5 °C environment. In 12 and 24 hour intervals, the surface waters were exchanged and, over time, analyzed for pH, electroconductivity (EC), total organic carbon (TOC), soluble metal concentrations, and the top samples (0–10 cm) were analyzed with 3-step (E1: water-soluble, E2: exchangeable, and E3: organic-bound) sequential chemical extraction (SCE). Results show stable pH and decreasing EC in the column waters. The EC indicates that metals are released in the initial phases (12 h) of reoxygenation for both sites. Arsenic, Ba, Co, Mn, Rb, U, K, Sr, and Mo are released into the water column during the 96 hour experiment, and based on the calculations for the entire East Gotland Basin, would mean 8, 50, 0.55, 734, 53, 27, 347,178, 3468, and 156 μg L−1 are released, respectively. Elements Mn, Mo, U, and As are released in higher concentrations during the experiment than previously measured in the Eastern Gotland Basin, which provides vital information for future proposed remediation and natural geochemical processes with their known environmental impacts. The SCE results show that redox-sensitive metals (Mn, U, and Mo) are released in the highest concentrations into the solution. The relationship between the highest released metals (beside redox-sensitive) into solution over the oxygenation and their initial abundant phase is noticed, where the smallest released concentrations belong to K < Rb < Sr in E2, and As
|
|
| 9. |
- Åström, Mats, et al.
(författare)
-
Sura sulfatjordar i Sverige : Ny kunskap och underlag för åtgärder
- 2024
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Målsättningen med projektet har varit att öka kunskapen om sura sulfatjordars utbredning och karaktär i Sverige. De viktigaste resultaten är: Sura sulfatjordar har en betydligt större förekomst och är framförallt betydligt surare och svavelrikare i sydöstra och södra Sverige än vad som tidigare varit känt, medan däremot förekomsten kring Vänern är liten. Norröver (Västerbotten, Norrbotten) är förekomsten hög, vilket varit känt sedan tidigare. Den nationella karteringen som gjordes i studien baserades på gles provtagning, vilket var vad projektets omfattning tillät. Detta innebär emellertid att för mellan-och sydsverige finns ännu ingen detaljkarta över förekomst av sura sulfatjordar. För att kunna genomföra en sådan kartering så effektivt och fort som möjligt, vilket det finns behov av, testades en ny karteringsteknik i ett valt område (väster om sjön Hjälmaren). Tekniken, som gav positiva resultat, genomfördes med maskininlärning och baserades på helikopterburna resistivitetsmätningar, höjddata (Lantmäteriet), nationella marktäckedata (Naturvårdsverket) och SGU:s jordartskarta. Den testades via fältundersökningar och har potential att genomföras på större områden. Med avseende på pH, aciditet samt totalhalter, syralösliga (1M HCl-lakning) halter och vattenlösliga halter av grundämnen är de sura sulfatjordarna relativt likadana runtom i landet med tanke på de rätt stora regionala variationer som förekommer i temperatur, paleosedimentationsmiljöer och markanvändningen. Denna förhållandevis homogena geokemiska karaktär underlättar förståelsen av hur de sura sulfatjordarna fungerar i termer av bland annat historiska, nutida och framtida effekter (försurning och metallbelastning) på miljön. Den förenklar också planering av åtgärder för att minska syra och metalläckage från dessa jordar, och bedömning av vad som är att förvänta vid återskapande av våtmarker på dessa jordar. På lokal nivå kan skillnaderna emellertid vara stora, t.ex. kan i den reducerade zonen där svavelhalten normalt är kring 1 % vara så hög som 5–7 % med avsevärd potentiellt ökad risk för miljön. En betydande övergripande regional fysikalisk-kemisk skillnad finns däremot på så vis att i norr har de sura sulfatjordarna ett betydligt tjockare surt skikt (median 75 cm) än de i söder (median 40 cm). En av konsekvenserna är att de sydliga sura sulfatjordarna sannolikt är mer känsliga för framtida sänkningar i grundvattennivån, d.v.s. det finns större potential för ytterligare omfattande syrabildning och metallfrisättning till följ av grundvattensänkningar förorsakade av långa torrperioder eller effektiverad dränering. Även de mikrobiella samhällena i den sura sulfatjorden är delvis annorlunda i norr än i söder. Till exempel, det finns en högre relativ förekomst av Ktedonobacteraceae i de norra delarna och Gallionellaceae i södra delarna av landet. Dessa skillnader är med största sannolikhet kopplade till temperaturskillnaderna mellan norr och söder, inklusive djup och tidsmässig längd av frost i marken. Kunskap om mer exakt vilka skillnaderna är mellan den mikrobiella aktiviteten i söder och norr kommer att belysas av en pågående mer ingående ”omics” studie där fokus är på de kemiska reaktioner som mikroberna bidrar till att ske eller påskynda.Återvätning av sura sulfatjordar kan åstadkomma positiva miljöeffekter. Detta gäller särskilt när den sekundära järnmineralogin (bildad efter att den sura sulfatjorden uppstått) domineras av schwertmannit och ferrihydrit, vilka mikrober under reducerande förhållanden relativt enkelt förmår bryta ner (reducera) vilket leder till en förhöjning av pH. Det, i sin tur, leder till att ett flertal metaller som blir toxiska redan vid relativt låga halter, såsom kadmium, nickel, mangan och beryllium, kommer att fastläggs istället för att läcka till närmiljön. Återvätning av sura sulfatjordar kan också skapa negativa miljöeffekter. Detta kan ske i form av ökad mobilisering och läckage av spårämnen som arsenik, krom och uran, men i första hand av ökad frisättning och rörlighet av tvåvärt järn. Den sura sulfatjorden har ett exceptionellt stort förråd av järn som kan bidra till detta, bundet i de sekundära mineralen schwertmannit, jarosit och ferrihydrit. I nästan 20 % av de undersökta sura sulfatjordarna motsvarar detta förråd > 2,0 % av hela den sura oxiderade zonens torrvikt, vilket är anmärkningsvärt högt. Det finns därför anledning till oro över vad de stora mängder järn som potentiellt kan frigöras skulle ha på våtmarken i sig på och vattensystem nedströms restaureringen. Sura sulfatjordar förekommer främst i låglänta områden som återfinns under den högsta kustlinjen. Det finns därför risk att metaller som läcker från dessa jordar hamnar i våtmarker, som likaledes förekommer i dessa områden. Detta har skett på ett omfattande sätt på en plats som undersökts i södra Sverige där framförallt järn fällts ut och påverkat både floran och faunan i våtmarken. Detta är ett fenomen att vara uppmärksam på i områden med sur sulfatjord, utöver den mer välkända påverkan i form av försurning och metallkontaminering av vattendrag. Det finns ett antal metoder som utvecklats, framförallt i Finland, för att minska läckage av syra och metaller från sura sulfatjordar under åkermark. På basen av genomgången litteratur och diskussioner med relevanta aktörer, bedöms den bästa metoden vara en kombination av teknikerna reglerbar dränering, underbevattning och injicering av kalkstenssuspension via täckdikningssystem. Denna teknikkombination förväntas leda till: (i) minskad oxidation och högre pH i jordarna, (ii) minskat läckage av syra och metaller till närmiljön, och (iii) positiva effekter på skörden på åkrarna (bör dock undersökas mer systematiskt) och kan därför ge en vinn-vinn situation. Ytterligare rekommenderas undersökning av möjligheter med och effekter av kalkfilterdiken. Att förhindra en sänkning av grundvattenytan i sura sulfatjordar är den viktigaste preventiva åtgärden både på kort och lång sikt. Detta är i sig ingen ny slutsats, men projektet har tagit fram data som mer exakt visar vad som kommer att ske i termer av bildning av aciditet och frisättning av metaller när grundvattennivån når djupare ner i den sura sulfatjordens underliggande reducerade och pH-neutrala grundvattenzon. Redan en sänkning ner i övergångszonen, d.v.s. den zon som ligger strax under det sura skiktet och där pH stiger snabbt, kommer frigöra avsevärda mängder aciditet och metaller med känd giftighet.
|
|
