Mobility of chromium and lead originating from weaving industry: implications for relative dating of lowland river floodplain deposits (the Obra river, Poland)

• Autorzy: Słowik M. , Młynarczyk Z. , Sobczyński T.

Warianty tytułu

PL

Migracja chromu i ołowiu pochodzącego z przemysłu sukienniczego: możliwości wykorzystania koncentracji pierwiastków do względnego datowania osadów równiny zalewowej (rzeka Obra)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Laboratory and field experiments have been conducted to study mobility of chromium and lead in floodplain sediments. The main goal of the research was to verify a hypothesis whether changes of chromium and lead concentration could be used to estimate the relative age of floodplain deposits. The basis for undertaking such research was the presence of weaving industry centers in the Obra River valley between the 16th and the 19th century and using Cr and Pb compounds in paint recipes. The Cr and Pb contents were also analyzed in three vertical profiles unaffected by the field experiments. The age of organic sediments in each of the profiles was determined using the radiocarbon analysis. The results of the laboratory experiments have shown that the highest contents of the elements were noted in the surface layer of the sediments placed in the column. However, the contents decreased during the last phase of the experiments and both vertical and horizontal migration of both elements was observed. A more intensive mobility was observed in the field test. Its cause could be the changes of the groundwater level, floodplain inundation and pH conditions in alluvial deposits. Such processes may have influenced migration of the compounds originating from the weaving industry production; Cr and Pb contents detected in the profiles unaffected by the field experiment were too small to be used for relative dating of alluvial deposits. Moreover, the alluvial deposits with increased contents of the studied elements may be older than the period of the weaving industry development. Cr and Pb mobility was especially intensive in the profiles situated within the near bed zone of the floodplain due to regular inundation, and the activity of erosion and accumulation processes entraining the studied elements back to transport in the river bed.

PL

Na drodze eksperymentów laboratoryjnych i terenowych przeprowadzono badania nad zdolnościami migracyjnymi chromu i ołowiu w osadach aluwialnych. Głównym celem było określenie, czy zmiany koncentracji tych pierwiastków mogą być wykorzystane do względnego datowania osadów równiny zalewowej. Podstawą do przeprowadzenia takich badań były ośrodki przemysłu sukienniczego funkcjonujące w dolinie Obry w okresie od XVI do XIX wieku oraz związki chromu i ołowiu znajdujące się w barwnikach do tkanin. Zawartość badanych pierwiastków (niezakłócona przez eksperymenty terenowe) została również określona w trzech profilach pionowych. Osady w każdym z profilów wydatowano za pomocą metody radiowęglowej. Wyniki eksperymentów laboratoryjnych wskazały, że najwyższe stężenia badanych pierwiastków wystąpiły w powierzchniowej warstwie osadów umieszczonych w kolumnie. Jednak w ostatniej fazie doświadczenia zaobserwowano spadek koncentracji chromu i ołowiu w tej warstwie, co wskazywałoby na ich migrację w osadach poddanych eksperymentom. Bardziej intensywną migrację badanych komponentów stwierdzono w eksperymentach terenowych. Jej przyczynami mogły być wahania poziomu wód gruntowych, podtapianie równiny zalewowej przez wody wezbraniowe oraz zmiany wartości pH w osadach aluwialnych. Procesy te mogły wpłynąć na migrację pierwiastków pochodzących z barwienia tkanin. Wskazują na to stężenia chromu i ołowiu w profilach niezakłóconych przez eksperymenty terenowe. Są one zbyt mało zróżnicowane, aby wykorzystać je do względnego datowania osadów aluwialnych. Ponadto osady, w których stwierdzono podwyższone zawartości badanych pierwiastków, są starsze niż okres produkcji tkanin w tym regionie. Migracja chromu i ołowiu była szczególnie intensywna w profilu usytuowanym przy brzegu koryta Obry. Przyczyną tego było regularne zalewanie tej części dna doliny oraz procesy erozji i akumulacji powodujące włączanie badanych komponentów do transportu w korycie Obry.

Słowa kluczowe

EN

chromium; lead; mobility of chemical elements; weaving industry; lowland rivers

PL

chrom; migracja chromu; migracja ołowiu; osad aluwialny; równina zalewowa; przemysł sukienniczy

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 37, no. 2
• Strony: 131--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Słowik M.

autor

Młynarczyk Z.

autor

Sobczyński T.

• 1Adam Mickiewicz University, Department of Geographic and Geologic Sciences, ul. Dzięgielowa 27, 61-680 Poznań, Poland,

Bibliografia

• [1] Ball J.W., J.A. Izbicki: Occurrence of hexavalent chromium in ground water in the western Mojave Desert, California, Applied Geochemistry, 19, 1123-1135 (2004).
• [2] Banks M.K., A. P. Schwab, C. Henderson: Leaching and reduction of chromium in soil as affected by soil organic content and plants, Chemosphere, 62, 255-264 (2006).
• [3] Baron, D., C.D. Palmer: Solubility of KFe (CrO4)2 2H2O at 4-75°C, Applied Geochemistry, 13, 961-973 (1998).
• [4] Bhattacharyya P., A. Chakraborty, K. Chakrabarti, S. Tripathy, M.A. Powell: Copper and zinc uptake by rice and accumulation in soil amended with municipal solid waste compost, Environmental Geology, 46, 1064-1070 (2006).
• [5] Birkefeld A., R. Schulin, B. Nowack: In situ investigation of heavy metal containing mineral particles in an acidic forest soil. Geochimica et Cosmochimica Acta, 70, 2726-2736 (2006).
• [6] Brown J.G., P.D. Glynn: Kinetic dissolution of carbonates and Mn oxides in acidic water: measurements of in situ field rates and reactive transport modeling, Applied Geochemistry, 18, 1225-1239 (2003).
• [7] Chen Y., Z. Shen, X. Li: The use of vetiver grass (vetiveria zizanioides) in the phytoremediation of soils contaminated with heavy metals, Applied Geochemistry, 19, 1553-1565 (2004).
• [8] Davranche M., J.-C. Bollinger, Z.H. Bril: Effect of reductive conditions on metal mobility from wasteland soils: an example from the Montagne-du-Nord site (France). Applied Geochemistry, 18, 383-394 (2003).
• [9] Douglas G.B., J.A. Adeney: Diagenetic cycling of trace elements in the bottom sediments of the Swan River Estuary, Western Australia. Applied Geochemistry, 15, 551-566 (2000).
• [10] Elie M., I. Techer, L. Trotignon, H. Khoury, E. Salameh, D. Vandamme, P. Boulvais, S. Fourcade: Cementation of kerogen-rich marls by alkaline fluids released during weathering of thermally metamorphosed marly sediments. Part II: organic matter evolution, magnetic susceptibility and metals (Ti, Cr, Fe) at the Khushaym Matruk natural analogue (Central Jordan). Applied Geochemistry, 22, 1311-1328 (2007).
• [11] Fan Q., J. He, H. Xue, Ch. Lu, Y. Liang, Saruli, Y. Sun, L. Shen: Competitive adsorption, release and speciation of heavy metals in the Yellow river sediments, China. Environmental Geology, 53, 239-251 (2007).
• [12] Farmer J.G, R.P. Thomas, M.C. Graham, J.S. Geelhoed, D.G. Lumsdon, E. Paterson: Chromium speciation and fractionation in ground and surface waters in the vicinity of ore processing residue disposal sites. J. Environ. Monit. 4, 235-243 (2002).
• [13] J. Ganor, P. Lu, Z. Zheng, Ch. Zhu: Bridging the gap between laboratory measurements and field estimations of silicate weathering using simple calculations. Environmental Geology, 53, 599-610 (2007).
• [14] Geelhoed J.S., J.C.L. Meeussen, S. Hillier, D.G. Lumsdon, R.P. Thomas, J.G. Farmer, E. Paterson: Identification and geochemical modeling of processes controlling leaching of Cr (VI) and other major elements from chromite ore processing residue. Geochimica et Cosmochimica Acta, 62, 3927-3942 (2002).
• [15] Gong Ch., R.J. Donahoe: An experimental study of metal attenuation and mobility in sandy loam soils. Applied Geochemistry, 12, 243-254 (1997).
• [16] Izbicki J.A., J.W. Ball, T.D. Bullen, S.J. Sutley: Chromium, chromium isotopes and selected trace elements, western Mojave Desert, USA, Applied Geochemistry, 23, 1325-1352 (2008).
• [17] Klink A., J. Krawczyk, B. Letachowicz, M. Wisłocka: Some heavy metals accumulation and distribution in Typha Latifolia L. from Lake Wielkie in Poland, Archives of Environmental Protection, 35, 135-139 (2009).
• [18] Mączak A.: Sukiennictwo w Wielkopolsce, XIV-XVII wiek (in Polish). PWN, Warszawa 1955.
• [19] Mannings S., S. Smith, J.N.B. Bell: Effect of acid deposition on soil accidification and metal mobilisation, Applied Geochemistry, 11, 139-143 (1996).
• [20] Mastrocicco M., N. Colombani, S. Palpacelli: Fertilizers mobilization in alluvial aquifer: laboratory experiments, Environmental Geology, 56, 1371-1381 (2009).
• [21] Meima J.A., R.N.J. Comans: The leaching of trace elements from municipal solid waste incinerator bottom ash at different stages of weathering, Applied Geochemistry, 14, 159-171 (1999).
• [22] Młynarczyk Z., M. Słowik: Temporal variations of suspended sediment concentration during period of high water stages in the lower course of the Obra river (western Poland), Archives of Environmental Protection, 34, 33-49 (2008a).
• [23] Młynarczyk Z., M. Słowik: Temporal variation of intensity of bed-load transport rate in the lower course of the Obra river near Miedzyrzecz (western Poland), Quaestiones Geographicae, 27A/1, 69-86 (2008b).
• [24] Młynarczyk Z., T. Sobczyński, M. Słowik: Changes of chromium concentration in alluvial sediments of the Obra river valley, Environmental Geology, 50, 423-429 (2006).
• [25] Navarro A., E. Cardellach, J.L. Mendoza, M. Corbella, L.M. Domenech: Metal mobilization from basemetal smelting slag dumps in Sierra Almagrera (Almeria, Spain), Applied Geochemistry, 23, 895-913 (2008).
• [26] Norrström A.C.: Metal mobility by de-icing salt from an infiltration trench for highway runoff, Applied Geochemistry, 20, 1907-1919 (2005).
• [27] Pettine M., D.L. Ottone, L. Campanella, F.J. Millero, R. Passino: The reduction of chromium (VI) by iron (II) in aqueous solutions, Geochimica et Cosmochimica Acta, 62, 1509-1519 (1998).
• [28] Reinfuss R.: Polskie druki ludowe na płótnie (in Polish), PIW, Warszawa 1955.
• [29] Rose J., N. Crouzet, L. Trotignon, S. Grimal, J. Susini, H. Khoury, E. Salameh, A. Milodowski, F. Mercier: Effect of leaching on crystallographic sites of trace metals associated with natural cements (site of Maqarin, Jordan): case of Cr, J. Phys. IV France, 104, 447-450 (2003).
• [30] Salminen R., V. Chekushin, M. Tenhola, I. Bogatyrev, S.P. Glavatskikh, E. Fedotova, V. Gregorauskiene, G. Kashulina, H. Niskavaara, A. Polischuok, K. Rissanen, L. Selenok, O. Tomilina, L. Zhdanova: Geochemical atlas of Eastern Barents region, Elsevier, Amsterdam 2004.
• [31] Shitza A., R. Swennen, A. Tashko: Chromium speciation and existing natural attenuation conditions in lagoonal and pond sediments in the former chemical plant of Prto Romano (Albania), Environmental Geology, 53, 1107-1128 (2008).
• [32] Simms P.H., E.K. Yanful, L. St-Arnaud, B. Aube: A laboratory evaluation of metal release and transport in flooded pre-oxidized mine tailings. Applied Geochemistry, 15, 1245-1263 (2000).
• [33] Słowik M.: Procesy kształtujące koryto rzeczne na przykładzie dolnego odcinka Obry (summary in English: Processes forming river bed: the example of the lower course of the Obra river), Seria Geografia nr 76, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2007.
• [34] Słowik M., Z. Młynarczyk, T. Sobczyński: Types of sedimentary environment in alluvial sediments distinguished on the basis of its chemical constitution: the example of the lower course of the Obra river (Western Poland), Environmental Earth Sciences, 35, 75-86 (2010).
• [35] Sobisiak W.: Wiejskie włókiennictwo w Wielkopolsce: porównawcze studium historyczno-etnograficzne (in Polish), Wydział Historii i Nauk Społecznych, Prace Kom. Etnograficznej PTPN, 1, Poznań 1968.