Arsenic-bearing phases in South Andean volcanic ashes: Implications for As mobility in aquatic environments

Three samples of volcanic ashes collected after eruptions of the volcanos Hudson in 1991, Chaitén in 2008 and Puyehue in 2011 were analyzed in order to define the solid speciation of arsenic and the dynamics of its release to the aqueous phase. The bulk chemical and mineralogical characterization of the samples was performed by ICP/OES, DRX, and SEM/EDS analyses. The chemical composition of the near surface region (first 2-10. nm), along with the As and Fe solid speciation was performed by XPS. Batch experiments were conducted to evaluate the kinetics of the arsenic release under variable pH conditions. The integrated analysis of these data indicates that arsenic compounds are concentrated onto the ash surface in the form of As(III)-S and As(V)-O species. The As(III) species have been assigned to arsenian pyrite, while As(V)-O compounds have been assigned to adsorbed arsenate ions or Fe arsenate salts precipitated as thin coatings.Although the main As carrier in the studied volcanic ashes is Al-silicate glass, this phase is stable at the neutral pH that dominates the aqueous reservoirs of the area affected by ashfall. Thus, its contribution to the pool of dissolved arsenic is minor. Higher contributions are clearly associated with the more mobile As species that concentrate onto the surface of Al-silicate glass. This more available arsenic represents less than 6% of the total measured arsenic.Fil: Bia, Gonzalo Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Borgnino Bianchi, Laura Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Gaiero, Diego Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Garcia, Maria Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentin

The role of efflorescent salts associated with sulfide-rich mine wastes in the short-term cycling of arsenic: Insights from XRD, XAS, and µ-XRF studies

The evaporation of As-rich leachates generated by the weathering of sulfide-rich mine wastes accumulated in abandoned tailing dams of the La Concordia mine, triggers the widespread precipitation of saline crusts and efflorescences. Because these salts are highly soluble, they may release high concentrations of arsenic after rainfall events. Thus, the goal of this work is to assess the solid speciation of As in these efflorescences, which may help to understand the short-term cycling of As in the site. The results reveal that As is present only as As(V), while its capacity to be retained in the salts highly depends on their mineralogical composition. Hydrous sulfates, such as gypsum and epsomite show a very low capacity to scavenge As, while copiapite retains the highest concentrations of this element. The spectroscopic evidences suggest that in this mineral, As(V) is included within the lattice, substituting sulfate in the tetrahedral sites. Because copiapite is highly soluble, it may be considered as one of the most important transient reservoirs of As in the site that can release high concentrations of this hazardous pollutant during the occasional rainfall events produced during the wet season.Fil: Nieva, Nancy Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentina. Universidad Nacional de Catamarca; ArgentinaFil: Garcia, Maria Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Borgnino Bianchi, Laura Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Borda, Laura Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentin

Identification of the As-bearing phases in fresh volcanic Andean ashes

The sources and dynamics of arsenic in fresh volcanic ashes collected during the eruptions of Hudson (1991) and Puyehue (2011) volcanos, have been studied. The chemical and mineralogical compositions of both volcanic ashes were analyzed by ICP/OES, XRD, and SEM-EDS. Batch experiments were conducted to evaluate the kinetics of the arsenic release under variable pH. Results indicate that the release is enhanced under both, acidic and alkaline conditions. Besides, the positive significant linear trend found between Fe and As concentrations in the leachates suggests that arsenopyrite or/and its alteration product scorodite is one important As-bearing phase present in the ash samples. This phase would be the main responsible of the As release under acidic conditions. At higher pH, two other mechanisms are involved: desorption from Fe(hydr)oxide coatings (at neutral to slightly alkaline conditions) and dissolution of both arsenopyrite and volcanic glass at pH higher than 9.Fil: Bia, Gonzalo Luis.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentina.Fil: Bia, Gonzalo Luis. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina.Fil: Borgnino, Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentina.Fil: Borgnino, Laura. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina.Fil: Gaiero, Diego M. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentina.Fil: Gaiero, Diego M. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina.Fil: García, Maria Gabriela. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina.Fil: García, Maria Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentina.Otras Ciencias Química

Tolerance and accumulation of As in rivularia halophila’s culture isolated from the Laguna Negra (Catamarca, Argentina)

Rivularia halophila es una cianobacteria aislada de sedimentos de la Laguna Negra (Catamarca, Argentina). Las condiciones ambientales que presenta esta laguna hipersalina permiten el crecimiento de microorganismos tolerantes a condiciones extremas y a la presencia de metaloides, como el As. El objetivo de este estudio es evaluar la tolerancia de R. halophila a diferentes concentraciones de As (III y V). La tolerancia se determinó por el análisis de dosis-respuesta. Los resultados indican que R. halophila tiene una alta resistencia al As, en especial al As (V), con un CE50 de 4921,9 mg/L. Los resultados obtenidos al momento son prometedores en lo que se refiere a su potencial uso en procesos de bio-remoción de As, además de sentar bases en relación a la posible participación de esta cianobacteria en la precipitación de carbonatos en la Laguna Negra y su posterior incorporación de As.Centro de Investigaciones Geológica

Fluorine surface speciation in South Andean volcanic ashes

Fresh volcanic ash samples collected during the eruptions of the Hudson (1991), Chaitén (2008), Puyehue (2011), Calbuco (2015) and Copahue (2016) volcanoes were analyzed in order to identify the fluorine (F) bearing phases. XPS and HR-TEM was used to determine the solid speciation of F. In order to decrease the surface differential charging of samples, XPS data have been collected using an electron flood gun during spectral acquisition. Ash leaching at different pH conditions was also performed with the aim of understanding the factors that control the fluoride release to aqueous reservoirs. The results indicates that in the studied Patagonian ashes, F is concentrated onto the ash surface, likely in the form of Fsingle bondNa and Fsingle bondCa salts but also within the glass lattice forming Fsingle bondSi and Fsingle bondAl bonds. Although the main F-source in the studied volcanic ashes is the aluminosilicate glass, this phase is stable at the neutral pH that dominates the aqueous reservoirs, thus the contribution to the pool of dissolved fluoride is minor. Higher contributions are associated with soluble fluoride salts. In addition, the presence of coatings of Fsingle bondCa compounds inhibits the release of fluoride within the volcanic glass lattice, at least during the initial stages of the ash-water interaction.Fil: Bia, Gonzalo Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Borgnino Bianchi, Laura Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; ArgentinaFil: Zampieri, Guillermo Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Garcia, Maria Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentin

Arsenic speciation in natural carbonates using XAS

En este estudio se utilizó espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para determinar el estado de oxidación del arsénico (As) y la coordinación química local de las especies de As presentes en tres tipos de carbonatos: pedogenéticos (toscas), geotermales (travertinos) y biogénicos (oncolitos). Las muestras fueron recolectadas en la región Chaco-Pampeana y en la Puna Catamarqueña. El análisis XANES permitió diferenciar dos estados de oxidación del As en las muestras estudiadas, siendo el As(V) el estado de oxidación dominante (80-100%) mientras que el As(III) se encuentra por debajo del 20%. Los modelos EXAFS propuestos sugieren que en las toscas el As(V) se encuentra como ion arseniato adsorbido en calcita y/o (hidr)óxidos férricos. Por su parte, en los carbonatos geotermales y biogénicos, el arseniato se encuentra adsorbido en (hidr)óxidos férricos y además sustituyendo iones carbonatos dentro de la estructura de la calcita/aragonita.Centro de Investigaciones Geológica

Arsenic speciation in natural carbonates using XAS

En este estudio se utilizó espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para determinar el estado de oxidación del arsénico (As) y la coordinación química local de las especies de As presentes en tres tipos de carbonatos: pedogenéticos (toscas), geotermales (travertinos) y biogénicos (oncolitos). Las muestras fueron recolectadas en la región Chaco-Pampeana y en la Puna Catamarqueña. El análisis XANES permitió diferenciar dos estados de oxidación del As en las muestras estudiadas, siendo el As(V) el estado de oxidación dominante (80-100%) mientras que el As(III) se encuentra por debajo del 20%. Los modelos EXAFS propuestos sugieren que en las toscas el As(V) se encuentra como ion arseniato adsorbido en calcita y/o (hidr)óxidos férricos. Por su parte, en los carbonatos geotermales y biogénicos, el arseniato se encuentra adsorbido en (hidr)óxidos férricos y además sustituyendo iones carbonatos dentro de la estructura de la calcita/aragonita.Centro de Investigaciones Geológica

Arsenic speciation in natural carbonates using XAS

En este estudio se utilizó espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para determinar el estado de oxidación del arsénico (As) y la coordinación química local de las especies de As presentes en tres tipos de carbonatos: pedogenéticos (toscas), geotermales (travertinos) y biogénicos (oncolitos). Las muestras fueron recolectadas en la región Chaco-Pampeana y en la Puna Catamarqueña. El análisis XANES permitió diferenciar dos estados de oxidación del As en las muestras estudiadas, siendo el As(V) el estado de oxidación dominante (80-100%) mientras que el As(III) se encuentra por debajo del 20%. Los modelos EXAFS propuestos sugieren que en las toscas el As(V) se encuentra como ion arseniato adsorbido en calcita y/o (hidr)óxidos férricos. Por su parte, en los carbonatos geotermales y biogénicos, el arseniato se encuentra adsorbido en (hidr)óxidos férricos y además sustituyendo iones carbonatos dentro de la estructura de la calcita/aragonita.Centro de Investigaciones Geológica

Fluoride in the context of the environment

An estimated 70 million people around the world suffer from fluorosis due to chronic exposure to high levels of fluoride in drinking water. The sources of this element in water are mostly geogenic, although important contributions also come from industrial activities and coal burning. Fluorine is the 13th more abundant element in the earth?s crust, as it is contained in several rock forming minerals. Among these, micas, apatites and fluorite are the most common minerals responsible for the release of elevated concentrations of fluoride in natural waters. Fluoride is also commonly associated with volcanic activity, which on a global scale may release important amounts of gaseous fluoride compounds to the atmosphere and produce large deposits of F-rich lavas and volcanic ashes. The mobility of fluorine in aqueous reservoirs depends on the interplay of a number of geochemical processes that determine its removal or release into the solution. The main processes that affect the dynamics of fluoride in natural environments are the dissolution and precipitation of F-bearing minerals and the adsorption/desorption from metal (hydr)oxides and clay minerals. Most of the world?s high-fluoride districts coincide with areas affected by volcanic activity, regions underlain by crystalline igneous and metamorphic rocks, and large sedimentary basins in arid and semiarid conditions. Critical zones include the Pacific volcanic belt, cratonic areas in central Africa, Asia and North and South America, the East African Rift valley, the large sedimentary basins in southern South America, China and the arid region on the border between USA and Mexico.https://hdl.handle.net/11086/29944Fil: García, María Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Córdoba, Argentina.Fil: García, María Gabriela. Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.Fil: Borgino, Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra. Córdoba, Argentina.Fil: Borgino, Laura. Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.Geoquímica y Geofísic

Experimental determination of the colloidal stability of Fe(III)-montmorillonite: effects of organic matter, ionic strength and pH conditions

Aggregation and disaggregation of particle colloids are one of the most important surface-driven phenomena encountered in the aquatic and terrestrial environments and a key factor controlling a number of important environmental processes. This study investigates the effects of pH, ionic strength, and humic acid concentration on the stability behavior of Fe(III)-montmorillonite, a natural colloid commonly presentin natural waters. Time-resolved dynamic light scattering was used to monitor the increase ofthe aggregate size over time in the aggregation kinetics experiments. Aggregation rate, stability ratio, and CCC (critical coagulation concentration) were calculated to quantify the experimental results, and the DLVO theory was employed to explain the observed behaviors. The effect of humic acid on the colloidal electrosteric stability was also investigated. This study demonstrates that low pH and high ionic strength may destabilize Fe(III)-montmorillonite suspensions, while increasing humic acid concentrations has the opposite effect, stabilizing the suspension at any pH. Comparing the steric and electrostatic effects on the Fe-M stabilization, both have an important influence for all pH levels studied, although steric is more pronounced at low pH and high ionic strength. DLVO energy predictions support the experimental results. The obtained results contribute to the understanding of the behavior of colloidal particles in saline or freshwater natural environments as well as the role of humic acid in themobility of contaminants associated with natural colloids.Fil: Borgnino Bianchi, Laura Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físicoquímica de Córdoba; Argentina; Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica; Argentina