Hydrodynamics and hydrogeochemistry of Werenskiold Glacier forefield, SW Spitsbergen

In the 2008 ablation season, subglacial springs discharge, flow rate and profiling of the proglacial river, physical-chemical parameters (pH, temperature, electrical conductivity) and chemical composition (HCO3−, SO42−, Cl−, NO3−, NO2−, PO43−, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fetot, Mn2+, Al3+, Zn2+, Pb2+ and SiO2) of water in the Werenskiold Glacier forefield were measured. Chemical composition of groundwater as well as water of lakes, the main watercourse, subglacial outflows and water representing direct meltwater recharge were studied to determine their origin, the depth of circulation and recharge systems. The results indicate that the main source of water in the glacial river were the subglacial outflows in the central part of the glacier. They generated 77% of the total amount of water in the glacier forefield. Direct inflow of groundwater from glacier moraine to proglacial river was marginally low and the water circulation system was shallow, fast and variable. There were no evidences for an important role of deeper than suprapermafrost water circulation systems. The water temperature, especially in the lakes, exceeding the mean daily air temperature during the ablation period, is due to the heating of the ground moraine rocks. A clear difference between groundwater chemical composition and surface water as well as subglacial runoff in terms of major ions, together with the homogeneity of chemical composition of the proglacial river from spring to mouth confirmed the marginal role of groundwater runoff in the drainage of the catchment area. It was confirmed that the chemical composition of groundwater and moraine lakes in the glacier forefield was shaped by geological factors, i.e., mainly chemical weathering of sulphides, carbonates and secondary sulphates. The possibility of secondary iron hydroxide precipitation and a high probability of complex aluminosilicate transformations were also demonstrated

Risk assessment of Wrocław water-bearing area groundwater by nickel and potassium ions in the light of model studies

Celem prezentowanych badań była ocena zagrożenia ze strony intensywnie zagospodarowanych przemysłowo i rolniczo obszarów Wrocławia dla wód podziemnych sąsiadujących z nimi terenów wodonośnych. Na skutek przeprowadzonych prac terenowych i laboratoryjnych zdiagnozowano potencjalne ryzyko związane z napływem wód o podwyższonych stężeniach jonów niklu i potasu. Dla metali tych wykonano model migracji masy w wodach podziemnych. Obejmował on okres 10 lat, zakładając charakter zanieczyszczenia incydentalny – niklem i ciągły – potasem, na obszarach poza terenami wodonośnymi. W wyniku prac modelowych wykazano, że w badanym okresie nie dojdzie do przemieszczenia się jonów niklu w kierunku terenów wodonośnych. Możliwa jest nawet redukcja stężeń tego metalu na skutek procesu sorpcji. W toku prac modelowych stwierdzono możliwość niewielkiego zwiększenia stężeń oraz migracji jonów potasu, szczególnie z sąsiadującego z terenami wodonośnymi cieku Zielona, nie stanowi ona jednak zagrożenia dla ujęć terenów wodonośnych Wrocławia.The aim of this study was to risk assessment from the intensely developed industrial and agricultural areas of Wroclaw for groundwater of neighboring water-bearing area. As a result of field and laboratory work, a potential risk connected with the inflow of waters with increased concentrations of nickel and potassium ions was diagnosed. For these metals mass transport model in groundwater was performed. It covered a period of 10 years assuming the incidental nature of nickel contamination and continuous potassium pollution. As a result of modeling works, it was shown that in the studied period there will be no transport of nickel ions in the aquifer towards waterbearing area. It is even possible to reduce the concentrations of this metal due to the sorption process. During the modeling was identified also possible increase of concentration and migration of potassium ions, especially from the Zielona stream, however, it is not a threat to the water intakes of Wrocław

Chemical aggressiveness of shallow groundwater in Wrocław

Evaluation of the chemical aggressiveness of shallow ground - water for the area of Wrocław was performed in accordance with the Polish Standard (PN-EN 206+A1:2016-12). This standard requires determination of pH and concentration of ammonium, magnesium, sulphate and aggressive carbon dioxide in water. The research was carried out on 96 groundwater samples collected in the period March-May 2021 from Holocene, Pleistocene and Neogene deposits. The results show that 58% of shallow groundwater in Wrocław was aggressive towards concrete and steel. The slight (XA1), moderate (XA2) and high (XA3) aggressiveness was characteristic for 32%, 23% and 3% of the analysed waters, respectively. The significant classification factors were the concentrations of aggressive carbon dioxide, sulphate ions and, less significant, pH. The presence of magnesium and ammonium ions in groundwater did not have any classification significance because of low concentrations. The occurrence of aggressive groundwater is associated with the environment of river sediments, mainly of Holocene and Pleistocene age. Groundwater beneath till and clay formations, mainly of Pleistocene age, and of anthropogenic banks and dumps shows significantly lower aggressiveness. Aggressiveness of groundwater sampled from the aquifer covered by Neogene clay deposit is not demonstrated. The aggressiveness of Wrocław groundwater shows a mosaic space character resulting from the geological structure of the city's subsurface formations and is probably also related to the form of land development. The most aggressive ones were associated with green, agricultural and liquidated municipal waste dump areas

Variable Pb sources found in garden soils in Szklary Górne and Szklary Dolne Lower Silesia

Garden soils from the vicinity of Szklary Górne and Szklary Dolne Lower Silesia have variable Pb isotope composition consistent with at least two sources of Pb contamination. The profiles from Szklary Dolne have similar Pb isotope characteristic, which can be attributed to the atmospheric contamination by mixed pollution coming from coal burning and ore smelting. The 206Pb/207Pb ratios in these soils are 1.17–1.18, similar to those observed in various soils from Lower Silesia. This confirms that such an isotope ratio is characteristic of the predominant atmospheric Pb source, which is of the anthropogenic origin. On the other hand, the soils in the vicinity of Szklary Górne have variable isotope characteristic with two profiles having 206Pb/207Pb ratios below 1.17. The low values and the variability could be attributed to pollution from leaded gasoline, as the traffic is more intense close to Szklary Górne than Szklary Dolne, because the active quarry is situated in the close proximity to Szklary Górne. Alternatively, the source of Pb may be related to construction works, because a cable was found at the bottom of the profile with the lowest 206Pb/207Pb ratios. The implication of this local study is that the garden soils off er a detailed insight into potential pollution sources present in the area, which help to identify and characterize sources that are masked by more general pollution signal in the regional scale.Gleby ogrodowe w pobliżu Szklar Górnych i Szklar Dolnych Dolny Śląsk mają zróżnicowany skład izotopów ołowiu, który mógł powstać wskutek zanieczyszczenia z co najmniej dwóch źródeł. Profile ze Szklar Dolnych mają podobną charakterystykę izotopową, którą można przypisać zanieczyszczeniom atmosferycznym związanym ze spalaniem węgla i hutnictwem. W tych glebach stosunek izotopowy 206Pb/207Pb wynosi 1.17-1.18 i jest zbliżony do stosunku 206Pb/207Pb zbadanego w innych, zanieczyszczonych glebach Dolnego Śląska. To może dowodzić, że taki stosunek jest związany z zanieczyszczeniami atmosferycznymi i jest pochodzenia atmosferycznego. Profile z okolic Szklar Górnych mają różne charakterystyki izotopowe, a w dwóch z nich stosunek izotopowy 206Pb/207Pb opada poniżej wartości 1.17. Niskie wartości i zmienność stosunków izotopowych mogą być przypisane zanieczyszczeniu gleb benzyną ołowiową, ponieważ ze względu na bliskość czynnej kopalni ruch samochodowy jest większy w okolicy Szklar Górnych niż w okolicy Szklar Dolnych. Inną możliwością jest kontaminacja gleby związana z robotami ziemnymi w tym rejonie. W odkrywce o najniższym stosunku izotopowym ołowiu na dnie znajdował się przewód elektryczny/światłowodowy. Nasze badania wskazują na możliwość wykorzystania terenów takich jak przydomowe ogrody do prowadzenia szczegółowych badań nad źródłami zanieczyszczeń gleb. Często te źródła zanieczyszczeń nie są możliwe do zidentyfikowania w badaniach składu izotopowego gleb w skali regionalnej.Garden soils from the vicinity of Szklary Górne and Szklary Dolne Lower Silesia have variable Pb isotope composition consistent with at least two sources of Pb contamination. The profiles from Szklary Dolne have similar Pb isotope characteristic, which can be attributed to the atmospheric contamination by mixed pollution coming from coal burning and ore smelting. The 206Pb/207Pb ratios in these soils are 1.17–1.18, similar to those observed in various soils from Lower Silesia. This confirms that such an isotope ratio is characteristic of the predominant atmospheric Pb source, which is of the anthropogenic origin. On the other hand, the soils in the vicinity of Szklary Górne have variable isotope characteristic with two profiles having 206Pb/207Pb ratios below 1.17. The low values and the variability could be attributed to pollution from leaded gasoline, as the traffic is more intense close to Szklary Górne than Szklary Dolne, because the active quarry is situated in the close proximity to Szklary Górne. Alternatively, the source of Pb may be related to construction works, because a cable was found at the bottom of the profile with the lowest 206Pb/207Pb ratios. The implication of this local study is that the garden soils off er a detailed insight into potential pollution sources present in the area, which help to identify and characterize sources that are masked by more general pollution signal in the regional scale.Gleby ogrodowe w pobliżu Szklar Górnych i Szklar Dolnych Dolny Śląsk mają zróżnicowany skład izotopów ołowiu, który mógł powstać wskutek zanieczyszczenia z co najmniej dwóch źródeł. Profile ze Szklar Dolnych mają podobną charakterystykę izotopową, którą można przypisać zanieczyszczeniom atmosferycznym związanym ze spalaniem węgla i hutnictwem. W tych glebach stosunek izotopowy 206Pb/207Pb wynosi 1.17-1.18 i jest zbliżony do stosunku 206Pb/207Pb zbadanego w innych, zanieczyszczonych glebach Dolnego Śląska. To może dowodzić, że taki stosunek jest związany z zanieczyszczeniami atmosferycznymi i jest pochodzenia atmosferycznego. Profile z okolic Szklar Górnych mają różne charakterystyki izotopowe, a w dwóch z nich stosunek izotopowy 206Pb/207Pb opada poniżej wartości 1.17. Niskie wartości i zmienność stosunków izotopowych mogą być przypisane zanieczyszczeniu gleb benzyną ołowiową, ponieważ ze względu na bliskość czynnej kopalni ruch samochodowy jest większy w okolicy Szklar Górnych niż w okolicy Szklar Dolnych. Inną możliwością jest kontaminacja gleby związana z robotami ziemnymi w tym rejonie. W odkrywce o najniższym stosunku izotopowym ołowiu na dnie znajdował się przewód elektryczny/światłowodowy. Nasze badania wskazują na możliwość wykorzystania terenów takich jak przydomowe ogrody do prowadzenia szczegółowych badań nad źródłami zanieczyszczeń gleb. Często te źródła zanieczyszczeń nie są możliwe do zidentyfikowania w badaniach składu izotopowego gleb w skali regionalnej

The Polar Sulfur Cycle in the Werenskioldbreen, Spitsbergen: Possible Implications for Understanding the Deposition of Sulfate Minerals in the North Polar Region of Mars

In this study we investigated the polar cycling of sulfur (S) associated with the Werenskioldbreen glacier in Spitsbergen (Svalbard). Sulfide-derived S comprised 0.02-0.42 wt% of the fine-grained fraction of proglacial sediments. These sediments originated from glacial erosion of Precambrian sulfide-rich quartz and carbonate veins. In summer 2008, the δ34S of dissolved SO4 in glacier melt waters (+9‰ to +17‰) was consistent with SO4 generation from oxidation of primary sulfide minerals in the bedrock (+9‰ to +16‰). The calculated monthly SO4 load was ~6881 kg/month/km2 in the main glacier stream. Subsequent evaporation and freezing of glacial waters lead to precipitation, accumulation, and temporary storage of sulfate salt efflorescences in the proglacial zone. These salts are presumably ephemeral, as they dissolve during annual snow/glacial melt events.Hydrated sulfates such as gypsum are also important constituents of the low-elevation areas around the polar ice cap of Planum Boreum on Mars. The origin of this gypsum on Mars might be better understood by using the investigated polar S cycle in Spitsbergen as a foundation. Assuming a trace sulfide content in the basaltic bedrock on Mars, the weathering of sulfides within the fine, porous texture of the ancient aeolian strata (basal unit) underlying Planum Boreum could have created elevated SO4 fluxes (and gypsum precipitation) during episodic thawing/melting events in the past. Limited water activity and prevailing dry conditions on the surface of Mars are the likely factors that accounted for the larger accumulation and preservation of polar gypsum on the surface and its broad aeolian distribution around Planum Boreum. This suggestion is also supported by an experiment showing that gypsum sand can be transported, under dry conditions, over great distances (~2000 km) without a significant loss of mass

Anthropogenic Sulfate Loads in the Rio Grande, New Mexico (USA)

The sources of SO4 along a ~ 550 km stretch of the Rio Grande in New Mexico and western Texas were investigated using stable S isotopes. During 2007 and 2008, the δ34S of dissolved SO4 in the Rio Grande surface water varied over a narrow range from - 1.6 to + 0.9‰, which was consistent with the δ34S of local fertilizers (- 2.1 to + 1.6‰) and was not consistent with Paleozoic evaporite sources of SO4 in regional bedrock (+ 7.6 to + 12.9‰). This is likely due the fact that SO4 is the major component of N-P-K fertilizers used in the Rio Grande Valley, constituting about half of the total fertilizers by mass. The SO4/Cl ratios of the groundwater system are relatively low (0.06 to 3) compared to the fertilizer source, suggesting that more Cl is added to the Rio Grande from geological sources as compared to SO4. In the Mesilla Basin in southern New Mexico, we identified zones of mixing between recharging irrigation water with groundwater within the depth range of ~ 50-200 m below the ground surface. For this aquifer, Principal Component Analysis (PCA) indicated that Na-K-Cl concentrations were largely attributable to geological sources and SO4-Mg-Ca concentrations to anthropogenic sources. Here, an additional anthropogenic source of SO4 (with a δ34S of - 2.7‰) was linked to anaerobic decomposition of manure on a horse farm. In this case SO4 concentrations (800 mg/L) increased by about three times compared to background SO4 concentrations in groundwater (\u3c 300 mg/L). Because of the common application of H2SO4 in fertilizer manufacturing, anthropogenic SO4 fluxes to rivers and shallow aquifers from irrigation waters can be significant worldwide

Age and shape of paleo-seawater intrusions in the semi-arid coastal aquifer of Sonora Desert, northern Mexico

The Costa de Hermosillo aquifer has been contaminated by paleo-seawater intrusions over a distance of ~20–32 km from the modern coastline of the Gulf of California due to over pumping of the aquifer for agricultural purposes. In the most contaminated portion of this aquifer, the paleo-seawater intrusions were characterized by high values of electric conductivity 3.3 to 41.7 mS/cm, higher delta 2H and delta 18O values of water –6.1 to –1.0 ‰ and –45 to –18 ‰ respectively, sulfate depletion down to < 1 mg/L and high delta 34S values of sulfate +20.0 to +32.0 ‰ similar as found in marine sediments with active zones of microbial sulfate reduction. The salinization appears to be caused by mobilization of the relicts of paleo-seawater residing in the blue clays strata deposited during the Mio-Pliocene transgression. The paleo-seawater had lower 87Sr/86Sr ratio 0.708326 compared to modern seawater of the Gulf of California 0.709181 which is indicative of groundwater-rock interaction during a long residence time of paleo-seawater in the aquifer.At present, the paleo-seawater intrusions show different stages of dilution by meteoric water and occur in the form of saline lenses that reside at the current groundwater table of ~ –30 meters. The spatial, stratigraphic and geochemical relationships suggest that lithospheric deformation, related to the opening of the Gulf of California, led to isolation of some portions of the Mio-Pliocene seawater in the studied aquifer and prevented subsequent flashing out by freshwater recharge in the subsequent events. Tectonic subsidence is likely an important factor controlling the storage of paleo-seawater wedges in the rift-type coastal aquifers.Ze względu na przeeksploatowanie warstw wodonośnych do celów rolniczych, zbiornik wód podziemnych Costa de Hermosillo został zdegradowany przez wystąpienie intruzji wód reliktowych pochodzenia morskiego, w odległości ~ 20–32 km od linii brzegowej Zatoki Kalifornijskiej. W najbardziej zmienionej części tego zbiornika, wody intruzji cechowały wysokie wartości przewodności elektrycznej właściwej 3,3 do 41,7 mS/cm, wysokie wartości delta 2H i delta 18O cząsteczki wody odpowiednio –6,1 do –1,0 ‰ i –45 do –18 ‰, spadek stężeń siarczanów do < 1 mg/l i wysokie wartości delta 34S w jonie siarczanowym 20,0 do 32,0 ‰, jakie notuje się dla osadów morskich z aktywnymi strefami mikrobilogicznej redukcji siarczanu. Zasolenie wód spowodowane zostało prawdopodobnie przez mobilizację wód reliktowych z warstw niebieskich łupków zdeponowanych podczas transgresji mioceńsko-plioceńskiej. Wody reliktowe pochodzenia morskiego wykazywały niższy współczynnik 87Sr/86Sr 0,708326 w porównaniu ze współczesną wodą morską Zatoki Kalifornijskiej 0,709181, co wskazuje na oddziaływanie woda–skała podczas długiej stagnacji tych wód w warstwie wodonośnej.Obecnie poszczególne intruzje wód reliktowych są efektem różnych etapów ich rozcieńczenia przez wody pochodzenia meteorycznego i występują w postaci soczewek solankowych towarzyszących wodom zwykłym, które lokalizują się w na głębokości ok. –30 metrów. Relacje przestrzenne, stratygraficzne i geochemiczne wskazują, że deformacje litosfery, związane z otwieraniem się Zatoki Kalifornijskiej, doprowadziły do izolacji części wody morskiej wieku mioceńsko-plioceńskiego w badanym zbiorniku wód podziemnych i zapobiegły, w późniejszym czasie, usunięciu ich z sytemu wodonośnego przez zasilanie wodami zwykłymi. Zjawiska tektoniczne mogą być więc istotnym czynnikiem kontrolującym retencję wód reliktowych w przybrzeżnych zbiornikach wód podziemnych o genezie ryftowej.The Costa de Hermosillo aquifer has been contaminated by paleo-seawater intrusions over a distance of ~20–32 km from the modern coastline of the Gulf of California due to over pumping of the aquifer for agricultural purposes. In the most contaminated portion of this aquifer, the paleo-seawater intrusions were characterized by high values of electric conductivity 3.3 to 41.7 mS/cm, higher delta 2H and delta 18O values of water –6.1 to –1.0 ‰ and –45 to –18 ‰ respectively, sulfate depletion down to < 1 mg/L and high delta 34S values of sulfate +20.0 to +32.0 ‰ similar as found in marine sediments with active zones of microbial sulfate reduction. The salinization appears to be caused by mobilization of the relicts of paleo-seawater residing in the blue clays strata deposited during the Mio-Pliocene transgression. The paleo-seawater had lower 87Sr/86Sr ratio 0.708326 compared to modern seawater of the Gulf of California 0.709181 which is indicative of groundwater-rock interaction during a long residence time of paleo-seawater in the aquifer.At present, the paleo-seawater intrusions show different stages of dilution by meteoric water and occur in the form of saline lenses that reside at the current groundwater table of ~ –30 meters. The spatial, stratigraphic and geochemical relationships suggest that lithospheric deformation, related to the opening of the Gulf of California, led to isolation of some portions of the Mio-Pliocene seawater in the studied aquifer and prevented subsequent flashing out by freshwater recharge in the subsequent events. Tectonic subsidence is likely an important factor controlling the storage of paleo-seawater wedges in the rift-type coastal aquifers.Ze względu na przeeksploatowanie warstw wodonośnych do celów rolniczych, zbiornik wód podziemnych Costa de Hermosillo został zdegradowany przez wystąpienie intruzji wód reliktowych pochodzenia morskiego, w odległości ~ 20–32 km od linii brzegowej Zatoki Kalifornijskiej. W najbardziej zmienionej części tego zbiornika, wody intruzji cechowały wysokie wartości przewodności elektrycznej właściwej 3,3 do 41,7 mS/cm, wysokie wartości delta 2H i delta 18O cząsteczki wody odpowiednio –6,1 do –1,0 ‰ i –45 do –18 ‰, spadek stężeń siarczanów do < 1 mg/l i wysokie wartości delta 34S w jonie siarczanowym 20,0 do 32,0 ‰, jakie notuje się dla osadów morskich z aktywnymi strefami mikrobilogicznej redukcji siarczanu. Zasolenie wód spowodowane zostało prawdopodobnie przez mobilizację wód reliktowych z warstw niebieskich łupków zdeponowanych podczas transgresji mioceńsko-plioceńskiej. Wody reliktowe pochodzenia morskiego wykazywały niższy współczynnik 87Sr/86Sr 0,708326 w porównaniu ze współczesną wodą morską Zatoki Kalifornijskiej 0,709181, co wskazuje na oddziaływanie woda–skała podczas długiej stagnacji tych wód w warstwie wodonośnej.Obecnie poszczególne intruzje wód reliktowych są efektem różnych etapów ich rozcieńczenia przez wody pochodzenia meteorycznego i występują w postaci soczewek solankowych towarzyszących wodom zwykłym, które lokalizują się w na głębokości ok. –30 metrów. Relacje przestrzenne, stratygraficzne i geochemiczne wskazują, że deformacje litosfery, związane z otwieraniem się Zatoki Kalifornijskiej, doprowadziły do izolacji części wody morskiej wieku mioceńsko-plioceńskiego w badanym zbiorniku wód podziemnych i zapobiegły, w późniejszym czasie, usunięciu ich z sytemu wodonośnego przez zasilanie wodami zwykłymi. Zjawiska tektoniczne mogą być więc istotnym czynnikiem kontrolującym retencję wód reliktowych w przybrzeżnych zbiornikach wód podziemnych o genezie ryftowej

Concept for Recycling Waste Biomass from the Sugar Industry for Chemical and Biotechnological Purposes

The objective of this study was to develop a method for the thermally-assisted acidic hydrolysis of waste biomass from the sugar industry (sugar beet pulp and leaves) for chemical and biotechnological purposes. The distillates, containing furfural, can be catalytically reduced directly into furfurayl alcohol or tetrahydrofurfuryl alcohol. The sugars present in the hydrolysates can be converted by lactic bacteria into lactic acid, which, by catalytic reduction, leads to propylene glycol. The sugars may also be utilized by microorganisms in the process of cell proliferation, and the biomass obtained used as a protein supplement in animal feed. Our study also considered the effects of the mode and length of preservation (fresh, ensilage, and drying) on the yields of furfural and monosaccharides. The yield of furfural in the distillates was measured using gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID). The content of monosaccharides in the hydrolysates was measured spectrophotometrically using enzymatic kits. Biomass preserved under all tested conditions produced high yields of furfural, comparable to those for fresh material. Long-term storage of ensiled waste biomass did not result in loss of furfural productivity. However, there were significant reductions in the amounts of monosaccharides in the hydrolysates

Bimetallic Pd-Au/SiO2 Catalysts for Reduction of Furfural in Water

Catalytic systems based on bimetallic Pd-Au particles deposited on SiO2 were prepared by ultrasonically assisted water impregnation and used in the hydrogenation of furfural obtained by the acidic hydrolysis of waste biomass (brewery’s spent grain) in aqueous phase. Pd-Au/SiO2 catalysts containing 50 g of Pd and 2–100 g of Au per 1 kg of catalyst were characterized by high activity in the studied process and, depending on the Pd/Au ratio, selectivity to 2-methyloxolan-2-ol. The modification of 5%Pd/SiO2 by Au leads to the formation of dispersed Au-Pd solid solution phases, which was confirmed by XRD, XPS, ToF-SIMS, SEM-EDS, and H2-TPR techniques. The effect of dilution of surface palladium by gold atoms is probably crucial for modification of the reaction mechanism and formation of 2-methyloxolan-2-ol as the main product