Diffusive Gradients in Thin Films (DGT) in Amazonian Rivers - Analysis of Strontium, Barium, and Rare Earth Elements

Strontium (Sr)- und Barium (Ba)-Isotopenverhältnisse sowie Muster der seltenen Erdelemente (engl. REE) sind wertvolle Indikatoren für hydrogeochemische Prozesse in Süßwassersystemen. Insbesondere das radiogene 87Sr/86Sr-Isotopenverhältnis liefert einzigartige Einblicke in biogeochemische Kreisläufe. Das Amazonasbecken, ein Netz von über 1000 Flüssen, das 20 % des weltweiten Süßwassers ausmacht, ist teilweise durch niedrige Sr- und Ba-Werte (c < 2 μg L−1), hohe Rb/Sr-Verhältnisse (bis zu 1) und niedrige Ionenstärken (I < 10−4 mol L−1) gekennzeichnet, was die anschließende Sr-Isotopenverhältnisanalyse mittels Multi-Kollektor Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (engl. MC-ICP-MS) erschwert. Wasser- und Sedimentproben wurden aus drei Hauptflüssen des Amazonasbeckens (Rio Negro, Solimões und Amazonas) bei niedrigem und hohem Wasserstand entnommen, wobei Rio Negro und Solimões deutlich unterschiedliche REE-Muster zeigten. Es wurde eine starke 87Sr/86Sr-Variation (Δ(87Sr/86Sr)max−min = (42.22 ± 0.91)‰) zwischen den Flüssen beobachtet, die die geologische Vielfalt des Amazonasbeckens widerspiegelt. Das 87Sr/86Sr-Verhältnis des Amazonas resultiert aus der binären Vermischung von Solimões und Rio Negro, wobei letzterer eine viel stärkere saisonale 87Sr/86Sr-Variation aufweist. Konventionelle Probenahmeverfahren sind oft nicht in der Lage, zeitliche Schwankungen in dynamischen Flussumgebungen zu erfassen, sodass alternative Ansätze erforderlich sind, z. B. passive Probenahme mittels Diffusionsgradienten in dünnen Schichten (engl. DGT). Die TK100 DGT-Technik zur zeitintegrierten Sr- und Ba-Quantifizierung und Sr-Isotopenverhältnisbewertung mittels (MC-)ICP-MS wurde unter extremen hydrochemischen Bedingungen in Laborexperimenten mit synthetischem und natürlichem Flusswasser sowie in situ in den oben genannten Flüssen angewendet. Eine bis zu 16-fache Sr-Vorkonzentrierung während der DGT-Probenahme ermöglichte 87Sr/86Sr-Isotopenverhältnis-Messungen ohne zusätzliche Eindampfung. Eine logarithmische Beziehung zwischen den effektiven Diffusionskoeffizienten und der Ionenstärke wurde verwendet, um die Sr- und Ba-cDGT-Werte bei hohen und niedrigen Ionenstärken zu korrigieren, was zu einem durchschnittlichen Verhältnis von cDGT/csoln = 1.05 ± 0.16 (n = 53) führte. Die schwierigen Probenahmebedingungen erforderten eine zusätzliche Matrixabtrennung mittels Säulenchromatographie für die TK100 DGT-Eluate. Dennoch wurde durch das DGT-Probenahme- und Elutionsverfahren keine Isotopenfraktionierung verursacht (Δ(87Sr/86Sr)DGT−grab = (−0.07±0.43)‰, n = 33), was das Potenzial der Methode für eine genaue Analyse der Sr-Isotopenverhältnisse in natürlichen Gewässern unterstreicht. Zum ersten Mal wurden TK100 DGT-Geräte verwendet, um DGT-induzierte Sr- und Ba-Flüsse zu bewerten, was auf ein noch unerschlossenes Potenzial für das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Sedimenten, Wasser und Biota hinweist.