Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Estimating soluble arsenic and phosphorus concentrations under Precambrian oceanic conditions
Stockholm University, Faculty of Science, Department of Geological Sciences.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Estimering av lösta arsenik och fosfor koncentrationer i Prekambriska havsförhållanden (Swedish)
Abstract [en]

Original estimates of phosphorus (P) concentrations in the Precambrian oceans before 1.9 Ga gave a budget of ~10-25% of modern day levels. This budget was challenged by accounting for high silica (Si) concentrations that were believed to have outcompeted P for binding sites on precipitating iron oxide-hydroxide particles during the chemical oxidation and burial of iron (Fe). Such iron oxide-hydroxide particles are considered as proxies of ancient iron-rich sedimentary rocks, such as banded iron formations, which are often used to infer the dissolved chemistry of trace elements in the ancient oceans. This study raises the question of wether arsenic (As) had an effect of the binding of P to precipitating iron minerals, during the co-precipitation of Iron oxide- hydroxide in elevated Fe and Si concentrations characteristic of the early oceans. This hypothesis is based on the chemical similarities seen between P and As. Results show a more pH dependent competition between P and AsIII, whereby P outcompetes AsIII at a pH <7. The effect decreases as the pH rises until pH ~8 at which the effect cancels out and AsIII becomes somewhat predominant over P. AsV on the other hand, an analogue to P, is outcompeted by P throughout pH 5-10. Distribution coefficients (Kd) of P on iron oxide-hydroxide particles were not affected by the concentration of Si in solution. Average Kd and standard error between concentrations of Si, across the sample pH of 5-10 revealed an average Kd of 0.072 (±0.01) μM-1. This is strikingly similar to another experimental Kd at 0.075 (±0.003) μM-1, when the effects of Si are excluded. The average Kd in this study is also consistent with the average Kd of 0.06 μM-1 from a range of As-rich hydrothermal systems reported in a previous study, supporting the original idea of Precambrian P levels being low. The average Kd between concentrations of Fe revealed a Kd of 0.12 (±0.03) μM-1 although this was not statistically significant from the average Kd between groups of Si. In addition to low levels of P, the Precambrian oceans likely also contained high levels of As, due to the high hydrothermal activity. This scavenging of P from oceanic waters would have become increasingly important as surface oceans became more oxygenated and the presence of AsV would have been greater. Because the availability of Si does not show any great effect on the uptake of P by precipitating iron oxide-hydroxides, Si concentration is likely not a proxy for oceanic P concentrations. It is proposed that low dissolved P levels are consistent with early oceans that w!ere a lot more hydrothermally influenced than the oceans of today. 

Abstract [sv]

Prekambriska fosfor (P) nivåer var ursprungligen estimerade till ca 10-25% utav koncentrationen funnen i dagens havsvatten. Denna budget blev motsagd i och med att kisel (Si) sades kunna ersätta bundet fosfor på järn oxid-hydroxid partiklar som precipiterade genom kemisk oxidation och sedimentering av järn (Fe). Dessa järn oxid-hydroxid partiklar anses användbara som proxy för formationen av uråldriga järn-rika sedimentära bergarter såsom banded iron formation (BIF), vilka används idag för att bestämma mängden spårämnen i de uråldriga haven. Denna studie ställer frågan huruvida arsenik (As) påverkar mängden P som binder till precipiterande järn mineral under procession av co-precipitering av järn oxid-hydroxid i lösning med förhöjda koncentrationer av Fe och Si, karakteristiska för the uråldriga haven. Denna hypotes är baserad på de kemiska likheter som finns mellan P och As. Resultaten påvisar en pH beroende konkurrens mellan P och AsIII där P utkonkurrerar AsIII vid låg pH. Effekten av denna konkurrans minskar med ökande pH tills effekten blir omvänd omkring pH 8 och P blir istället till viss del utkonkurrerad av AsIII. AsV å andra sedan, en verklig kemisk analog till P, är kontinuerligt utkonkurrerad av P genom alla utförda pH, pH 5-10. Distribueringskoefficienter (Kd) för P på järn oxid-hydroxid partiklar visade ingen påverkan av mängden Si tillgängligt. Medelvärdet av Kd och standard error mellan data av alls pH, grupperat av Si, gav ett värde av 0.072 (±0.01) μM-1. Detta är påfallande nära ett experimentellt framtaget Kd värde av 0.075 (±0.03) μM-1 då effekten av Si är borttagen. Medelvärdet i denna studie är också sammanfallande med det Kd medelvärde man finner idag från olika hydrotemala system av 0.063 (±0.01) μM-1. Detta ger support till den originala idén att de prekambriska haven troligen hade låga halter P tillgängligt. Medelvärdet av Kd mellan koncentrationer av Fe gav ett värde av 0.12 (±0.03) μM-1, dock var detta värde ej statistiskt significant från det Kd utifrån koncentrationer av Si. Förutom de låga nivåer av P i de Prekambriska haven så var det troligen även höga halter av As på grund av utbredd hydrotermal aktivitet. Detta uppfångande av P i de tidiga haven var troligen en alltmer viktigare process då ytvatten blev syrerikare och den oxiderade formen av As, det vill säga AsV hade varit mer vanligt förekommande. Framför allt då den konkurrerande effekten av Si kan bortses när P såväl som As inte påverkas av dess närvaro till den grad man hade trott. Detta gör även att mängden Si troligen inte är en tillförlitlig proxy för att estimera P nivåer i de uråldriga haven. Därmed föreslås det att de prekambriska haven var k!arakteriserade av låga P nivåer, jämfört med idag.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 45 p.
Keyword [en]
Arsenic, Phosphorus, Co-precipitation, Precambrian, Oceanic P levels, Ferrihydrite synthesis, Distribution coefficient, Banded iron formation
National Category
Geochemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:su:diva-107374OAI: oai:DiVA.org:su-107374DiVA: diva2:746483
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-09-15 Created: 2014-09-12 Last updated: 2014-09-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

2014 Christoffer Hemmingsson msc geochemistry 30hp(4220 kB)1191 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4220 kBChecksum SHA-512
6cd29b1932f7f8fbf38a53310ab0f14632b6bd65e44df996eef6b29ee42788216afe062b510d9227d0becc8aac39ddc46224276fec98155d283993f3dda162cd
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Geological Sciences
Geochemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1191 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 158 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf