Miljøprojekt,1024 – Metode til analyse af reducerende stoffer i sedimenter – 2 Reducerede forbindelser i danske sedimenter

Metode til analyse af reducerende stoffer i sedimenter

2 Reducerede forbindelser i danske sedimenter

Efter aflejringen af de kvartære sedimenter, har der siden sidste istid (gennem mere end 12000 år) kunne foregå en iltning ved tilførsel af iltningsmidler, bl.a. opløst ilt i det nedsivende vand.

Den fremad skridende iltning af sedimenterne kan i dag iagttages ved brunlige, gullige og/eller orange farvenuancer. Udbredelsen af den oxiderede zone vil være afhænge af bl.a. det oprindelige indhold af reducerende forbindelser og tilførselen af oxiderende forbindelser. Således vil dybden af den oxiderede zone - alt andet lige - fordobles hvis mængden af nedsivende vand fordobles eller hvis indholdet af reducerende forbindelser halveres (Ernstsen et al., 2001)

I områder med ringe nedsivning eller for sedimenter med høje indhold af reducerende forbindelser vil udbredelsen af den oxiderede zone normalt være forholdsvis begrænset. Forbruget af reducerende forbindelser vil ikke nødvendigvis forekomme som en jævnt front, der udbreder sig til stadig dybere jordlag. Således vil der i områder med geologiske vinduer eller i områder med meget heterogene geologiske forhold kunne forekomme flere redox sekvenser med skiftende oxiderede og reducerede forhold. Denne vekslen og gentagelse i redoxforhold afspejler vandets foretrukne strømningsveje.

I ældre dele af det glaciale landskab (eksempelvis på bakkeøerne) kan den længere periode efter aflejring have resulteret i dannelse af endog meget dybe oxiderede zoner. Lokale forhold kan ved eksempelvis periglaciale processer (inkl. jordflydning og erosion) have bevirket en gradvis udglatning af landskabet og dermed også en nedslidning og dermed følgende formindskelse af den oxiderede zone.

For ældre tertiære aflejringer kan iltningen have foregået på et langt tidligere tidspunkt og forbruget af reducerende forbindelser kan ikke umiddelbart relateres til de nuværende overfladegeologiske forhold.

Sedimenternes indhold af reducerende forbindelser kan som nævnt variere meget. Ligeledes kan sammensætningen af de reducerende forbindelser variere fra sted til sted - fra en type til anden. Ofte henregnes organisk stof samt reducerede former af svovl, jern og mangan til gruppen af reducerende forbindelser. Til gruppen af reducerede svovlformer indgår bl.a. pyrit og til gruppen af reduceret jern høre såvel lettilgængelig (ombytteligt) ferrojern samt strukturelt bundet ferrojern i jernholdige lermineraler og andre jernholdige mineraler. Reducerede former af mangan kan ligeledes bidrage. Desuden kan andre reducerende forbindelser som bl.a. methan også lokalt have en stor betydning.

Når puljen af reducerende forbindelser gøres op kan bl.a. sammensætning og bindingsforhold være afgørende for i hvor høj grad de enkelte former af reducerende forbindelser bidrager. Når den totale pulje af reducerende forbindelser beregnes for et givent sediment vil denne ofte være forskellig fra den aktuelle pulje af reducerende forbindelser idet ikke hele puljen er reaktiv.

Sammensætningen af det oprindelige organiske stof, der blev indlejret i sedimenterne på aflejringstidspunktet, er til tider af en sådanne karakter at det ikke umiddelbart kan anvendes af mikroorganismer ligesom binding til eksempelvis leroverflader nedsætte tilgængeligheden i forbindelse med iltningsprocessen. Når bidraget fra organisk stof skal beregnes, udtrykt i iltningsækvivalenter, kan det derfor være vanskeligt at fastlægge den tilgængelige mængde. Usikkerheden knyttet til beregningen af organisk stofs bidrag knytter sig ikke blot til den tilgængelige mængde men er ligeledes knyttet til i hvor høj grad det organiske stof er reduceret og dermed hvor mange iltninsgækvivalenter bidraget pr. mol forventes at være. Barcelona og Holm (1991) anfører således i deres beregninger for sedimenter fra nogle grundvandsmagasiner at hver mol organisk bundet kulstof bidrager med 2 iltningsækvivalenter idet der drages en sammenligning til phthalsyre For typiske danske sedimenter tyder nærværende undersøgelse på at det indlejrede organiske stof måske bidrager med færre iltningsækvivalenter de her nævnte 2 (Ernstsen et. al, 1998). Sammensætningen af det organiske stof der løbende tilføres fra overfladen under dyrkede arealer adskille sig normalt fra det ældre og indlejrede organiske stof ved en større biotilgængeligt andel.

Forekomsten af jern i dets forskellige former vil ligeledes påvirke udnyttelsesgraden og dermed bidraget til puljen af reducerende forbindelser. Ombytteligt ferrojern, der normalt forekommer under reducerende forhold, betragtes normalt som en lettilgængelig fase, hvorimod strukturelt bundet ferrojern i bl.a. lermineraler antagelig repræsenterer en mindre aktiv fase, der normalt ikke kan udnyttes fuldt ud. Således vil det tilbageblevne indhold i oxiderede lerholdige sedimenter være omkring 10 % af det totale jernindhold i ler. Ferrojern bundet i mørke mineraler, som eksempelvis pyrozener og amfiboler, antages at repræsentere meget vanskelig tilgængelig pulje og tænkes således ikke at bidrage i noget væsentlig omfang.

Tilgængeligheden af mangan i en ombyttelig fase regnes analogt til ferrojern for en tilgængelig fase mens mineralbundet mangan formodes i langt mindre grad at bidrage til puljen af reducerende forbindelser. Indholdet af mangan i sedimenter er normalt lavere end for jern.