Depth of the water column in relation to carbon isotope ratios in methane in fresh water sediments

Methane was collected from the surficial sedimentary layer (0 to about 20 cm) in 45 fresh water lakes in Poland. Sampling was also carried out at various depths of the over lying water column (0.15 to 12 m) between noon and early after noon, on a seasonal basis, between 1992 and 1996. A positive correlation between the depth of the lake water, the δ13 C (CH4) value (from ca. -l.4 to -2.3% per l m depth) and the wider δ13 C (CH4) variation over the thermocline are probably due to: the time of sinking of organic particles resulting in more in tense acetate fermentation in shallower portions of the lake; the temperature variation; differences in the precursors of methane, the diffusion effect, and an increase of bioavailable DIC (dissolved inorganic carbon) at greater depths. Non-seasonal variation of isotope ratios in methane and the depth-isotope ratio correlation show that the lake system is in dynamic equilibrium on a scale of hours and days. Therefore, earlier models of methanogenesis relating and the atmospheric methane isotopic budget, proposed by other authors and based on sampling of methane from sediments, need to be revised. More over, δ13 C (CH4) values higher during seasonal over turn (mixing of benthic and surface waters) than during stagnation, have been observed. This is probably due to the fact that during over turn periods some organic compounds (methane precursors) and methane in the surficial part of sediments, are oxidized with a resalting kinetic isotope effect. It is proposed that oxidation of methane and other organic compounds during seasonal over turn may be responsible for post-depositional lamination observed as pale (autumn over turn) and dark (summer organic-rich unoxic stagnation) millimetres-thick layers in fresh water lake sediments

Sulphate reduction - methane oxidation: a potential role of this process in the origin of C isotope environmental record in freshwater carbonates

W pracy wykazano, że węglany jeziorne powstałe w wyniku mikrobiologicznego utleniania związków organicznych (w tym metanu), przy redukcji jonów siarczanowych, mogą stanowić ważny geochemiczny zapis zmian środowiskowych. Najprawdopodobniej niskie wartości 13C w kalcycie, w rzekach i jeziorach eutroficznych wynikają z silnego utleniania związków organicznych w warunkach turbulencji i/lub podwyższonych stężeń siarczanu. Podobnie, wysokie wartości 13C w kalcycie, zawartym w osadach słodkowodnych bogatych w materię organiczną, mogą wskazywać na niski potencjał redox. Na podstawie tego typu badania wydaje się możliwe wykalibrowanie nowego narzędzia do rekonstrukcji palaeośrodowiskowych. Z drugiej strony, utlenianie metanu (związków organicznych) może powodować wzbogacenie rezydualnego jonu siarczanowego w ciężkie izotopy tlenu i siarki. Dlatego, aby lepiej zrozumieć sygnał izotopowy w węglanach jeziornych, wykonano badania stężenia i badania izotopowe siarczanu kolumny wodnej oraz badania metanu i kalcytu w osadach 24 jezior, 2 stawów i 4 rzek w Polsce. Rozpuszczony jon siarczanowy jest jednym z głównych składników rozpuszczonych w wodach jeziornych, a siarka, jako istotny biopierwiastek, wpływa na procesy zachodzące w jeziorach, w tym na jakość wód (mikrobiologiczny rozkład związków organicznych, inhibitor metanogenezy). Najwyższe stężenie jonu siarczanowego stwierdzono w rzekach (85,47 ncentration of sulphate has been detected in rivers (85.47 SO42- mg/l) i sztucznym jeziorze (70,3 SO42 -42- mg/l) w regionie silnego zanieczyszczenia (tzw. "Czarny Trójkąt") w Polsce południowo-zachodniej. Najniższe stężenie siarczanu stwierdzono w jeziorach dystroficznych i oligotroficznych - górskich (od 0,5 do 3 mg/l SOSO42 -). Najniższe wartości δ34S(SO42-) i δ18O(SO42-) występują w niezanieczyszczonych jeziorach wschodniej Polski (-0,94 i 1,38‰). Najwyższe wartości δ34S(SO42-) i δ18O(SO42-) stwierdzono w Polsce zachodniej i jeziorach dystroficznych (12,95 i 16,15‰). Wykazano, że. δ34S(SO42- i δ18O(SO42-) jezior mogą być dobrym narzędziem do ilościowej charakterystyki antropopresji (kwaśne opady) oraz do monitorowania zmian trofii i procesów redoks związanych z biodegradacją związków organicznych w osadach i kolumnie wodnej. W przeciwieństwie do czystych jezior, jeziora silnie zanieczyszczone jonem siarczanowym wykazują wzrost wartościδ13C(CH4) wraz ze wzrostem głębokości kolumny wodnej. Może to być wskaźnikiem utraty przez jezioro mikrobiologicznej zdolności buforującej

Geological storage of carbon dioxide in accordance with Directive 2009/31/WE in Poland and in Germany

The Directive 2009/31 / EC entered into force on the 23 April 2009 and EU member countries had to implement its regulations into their legal system. The Directive regulates the activity of geological storage of CO2. The Derective 2009/31/EC permits the EU member countries to forbid the underground geological storage of carbon dioxide on the whole or part of its territory. In Poland, the preparation for the legislative works on the geological storage of carbon dioxide started already in 2007, i.e. at the moment, when politicians began to speak in the European Union about the need to prepare such a directive. Initially, Poland wanted to prohibit underground geological storage of carbon dioxide (the ban does not apply to the EGR or EOR i.e. injection of CO2 into hydrocarbon reserves for more efficient production). The change of government in 2007 had an impact on the situation in the country. The government (PO-PSL) presented in June 2013 a bill about experimental and demonstration installations of CCS for the capture and storage of carbon dioxide. During the legislative works on implementation of the regulations of Directive 2009/31/EC, the deputy of Polish Parliament (Sejm RP) presented two amendments to the government bill, which had to ban geological storage of carbon dioxide in Poland. According to the first amendments the CCS activity can be used only if the space in which carbon dioxide will be stored, has no other economic, agricultural or natural value. The second amendment gives SejmikWojewódzki the power to decide on the location of carbon dioxide underground storage on its territory. Both amendments were rejected by the PO-PSL coalition, and the Parliament voted for the new law without the regulation contained in art. 4, paragraph 1 of Directive 2009/31/EC. Germany used art. 4, paragraph 1 of Directive 2009/31 / EC (in contrast to Poland). The German Act authorized the federal states to decide whether underground storage of carbon dioxide would be permitted on their territory or not. The first German federal states, which banned underground geological storage of carbon dioxide were Mecklenburg-Vorpommern and Schleswig-Holstein. On the territory of Lower Saxony, there is currently a moratorium on underground geological storage of carbon dioxide. The government of Lower Saxony is working on a new law, which will propably ban the CCS activity on its territory in the future

Delta13C of organic atmospheric dust deposited in Wrocław (SW Poland): critical remarks on the passive method

This paper reports the results of the application of passive collectors to the collection of solid organic atmospheric particles (SOAP) in Wrocław (SW Poland) to carry out stable carbon isotope analyses. delta exp.13C (SOAP) values collected during the vegetation-free period, from November to March, vary in a narrow range from -24.5 to -27.8‰. We show that d13C (SOAP) is able to provide information about atmospheric pollution with respect to different emission sources. delta exp.13C (SOAP) values collected during the period of vegetation growth, from April to October, show a wide range from -20.5 to -26.9‰. The most probable explanations for the 13C- enriched values in summer are that: (i) the SOAP have been contaminated with fresh and decomposed organic matter in the passive collector and/or (ii) SOAP are derived from out side the city or from out side Poland (C4 plant particles). There fore, the d13C (SOAP) may not represent a strictly anthropogenic im pact. The passive collector method for the (SOAP) collection should be applied only in areas with dry deposition of atmospheric dust where deposited organic matter is not de composed in the water contained in collectors. We recommend the use of active sampling methods (hi-volume sampler) to collect SOAP use ful for carbon isotope analyses

The draft of changes in theWater Law and the Environmental Law in Germany, regarding prohibition of hydraulic fracturing and risk monitoring: implications to the shale gas extraction

In Germany there is no agreement among politicians and local government officials regarding the safety and economic sense of the exploration and production of shale gas. However Germany does not reject completely the need to invest in the development of this sector. The political parties speak cautiously about the hydraulic fracturing, because they do not want to lose their voters. However, in a country which is in 70% dependent on the import of natural resources, the industry interest in the search for alternatives to Russian gas and oil energy sources increases. It is no secret that after the withdrawal from nuclear power, the German economy has to change its energy profile. Currently, Germany increases the use of coal, but could it have economic sense? Because of green certificates and European trend to reduce the emission of CO2, the Germans do not depart from the investment in shale gas. It is confirmed by the publication of a draft of amending the acts in November 2014. However some part of German society expected much more strict rules, including a total ban on hydraulic fracturing. The German law should, mobilize the Polish Parliament (Sejm) to develop a comprehensive law regulating the mining and geological activity that is in line with EU law

Methodology and application of stable isotope analysis of dissolved inorganic carbon (DIC) in hydrogeology and environmental studies

The analysis of carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon (DIC) is widely applied in hydrogeology and environmental studies. The method of analysis is simple and based on conversion of all DIC species to gaseus CO2 under acidic conditions. However, the analytical procedure may involve significant carbon isotope fractionation. Our experimental analysis showed that increasing the time of CO2 extraction influences the increase of ä13C(DIC) value as a result of re-dissolution of CO2 in the water expanded on the vacuum line or/and carbon isotope exchange between the extracted CO2 and the atmospheric CO2. The long time of sample storage yields an increase of ä13C(DIC) value and decrease of DIC concentration. The analytical precision up to š 0,1‰ may be achieved in the case of waters being analyzed few days after sampling. DIC concentration was evaluated according to height of peak 44 in the mass spectrum. The analytical precision of this method was š 2 mgCO2 per dm3. This method is very useful because the measurements of the height of peak 44 and carbon isotope composition of DIC can be performed simultaneously. However, this method is reliable for waters containing more than 4 mg CO2 per dm

Mineralogical and oxygen isotope composition of inorganic dust-fall in Wrocław (SW Poland) urban area – test of a new monitoring tool

We have analysed the mineralogical and oxygen isotope composition of solid inorganic atmospheric particles (SIAP) in Wrocław (SW Poland) to determine potential natural and anthropogenic sources of deposited dust. The mineralogical compositions of SIAP and local soils are very similar and quite typical. Dust sources were attributed to high emission sources (two large coal-fired power generation plants, i.e., "Wrocław and "Czechnica") and low emission sources (mostly small furnaces for home heating). A mullite phase was confirmed in the non-magnetic fraction of high emission dust. The δ1818181

Calibration of temperature carbon isotopic effect (Peat Bogs Hala Izerska, Izerskie Mts. and Szrenica, Karkonosze Mts.)

Dwa rdzenie torfowe pochodzące z Karkonoszy i Gór Izerskich zostały przeanalizowane pod kątem zależności składu izotopowego węgla i temperatury powietrza okresu wegetacji w miejscu poboru. Ciągłe rdzenie torfowe o długości całkowitej 160 i 195 cm, obejmujące ostanie 4500 lat, podzielono na próbki o miąższości 4-6 cm. Uzyskane wartości ?13C zawierają się w przedziale od -26,85 do -21,8‰. Próbki z poszczególnych części rdzeni zostały skorelowane wiekowo na podstawie datowań radiowęglowych (14C). Temperatura powietrza była monitorowana za pomocą automatycznych rejestratorów HOBO Oneset podczas sezonu wegetacyjnego 2004. Na podstawie analizy temperatur stwierdzono, że sezon wegetacyjny w Karkonoszach (punkt na wysokości 1240 m n.p.m.) trwa od 29 kwietnia do 7 października przy średniej temperaturze powietrza 9,2 stopni C, natomiast na Hali Izerskiej od 27 kwietnia do 7 października przy średniej temperaturze 10,4 stopni C (wysokość 857 m n.p.m., las) i 11,5stopni C (843 m n.p.m., otwarta przestrzeń, hala). Wzrost temperatury powietrza sezonu wegetacyjnego o 1stopień C powoduje zmianę wartości ?13C materii organicznej roślin torfotwórczych o -0,83

Basis of high-pressure water-ice jet implementation for polymetallic concretions output from the ocean’s bottom

W pracy scharakteryzowano konkrecje polimetaliczne zalegające dno oceaniczne oraz ich zasoby i miejsca występowania, zwłaszcza w przyznanym Polsce obszarze pomiędzy uskokami dna pacyficznego o nazwie Clarion-Clipperton. Zaprezentowano koncepcję zastosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej, wspomaganej fizycznym oddziaływaniem granulek suchego lodu CO2, do podmorskiego urobku takich konkrecji. Wskazano na bardzo przydatną cechę zastosowanego lodu, dzięki której jego cząstki nie podlegają zbrylaniu się w środowisku wodnym. Ponadto granulki takiego lodu pod wpływem mechanicznych udarów, występujących w strefie obróbki, ulegają gwałtownej sublimacji. Objętość pęcherzyków fazy gazowej CO2, powstających z częściowego przesublimowania granulek suchego lodu w warunkach panujących na dnie oceanicznym, jest bardzo niewielka. Największe pęcherzyki mają średnice od 1,7 do 2,1 mm. Ich ogromna mnogość sprawia jednak, że strefa robocza staje się obszarem agresywnej erozji, zbliżonej do kawitacji. W artykule tym przedstawiono także podstawy hydropneumatycznego transportu konkrecji polimetalicznych na powierzchnię, określając, na jakiej głębokości należy wtłaczać do rury sprężone powietrze w celu zapewnienia odpowiedniej wydajności tego procesu. Scharakteryzowano także struktury przepływów występujących w różnych przekrojach rury transportowej oraz określono odpowiednie zależności teoretyczne. Przedstawione zależności pozwalają na dokonywanie wyboru najważniejszych parametrów, które decydują o skuteczności opracowanej metody. Przedstawione teoretyczne podstawy odspajania i wydobywania konkrecji polimetalicznych z dna oceanicznego, oparte na wykorzystaniu erozyjnych właściwości wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej CO2 oraz transportowania urobku metodą iniekcji pneumatycznej powinny w istotnym stopniu przyczynić się do zwiększenia skuteczności wydobywania tych konkrecji.The paper presents characteristics of polymetallic concretions deposited on the bottom of the ocean and their resources as well as areas of deposition, especially in the Clarion-Clipperton area, the Pacific zone of Polish concession. The concept of high-pressure waterjet implementation, supported with physical influence of CO2 dry ice pellets for concretions’ output is presented. A very useful feature of ice used in the process that causes relatively neglected effect of clumping in the water environment is pointed out. Moreover, CO2 pellets, undergoing mechanical impact occurred in the machining zone, sublimate violently. The volume of CO2 gas bubbles at the bottom of the ocean is very small. The largest ones are 1.7 up to 2.1 mm in diameter. However, the huge number of those bubbles causes that the work area undergoes aggressive erosion similar to cavitation effect. The basis of concretions’ hydro-pneumatic transportation from the ocean bottom is given too, pointing out the issue of air pressure inlet depth to the main transportation tube, in order to achieve proper efficiency. The flow structures in respective cross-sections of the tube, as well as theoretical analysis of the problem are also characterized in this paper. Presented relations allow to choose important parameters, deciding about a quality of the developed method. Finally, the theoretical basis presented in this paper, based on erosive properties of high-pressure water-ice (CO2) jet technique of exploitation should essentially contribute to an increase in the efficiency of poly-metallic concretions output